<\/strong><\/p>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n
Introduzione<\/a><\/h1>\n\n\n\nIl percorso sperimentale\nproposto in questa pubblicazione \u00e8 nato dalla preparazione di un’epoca di\nfisica di 11a<\/sup> classe.<\/p>\n\n\n\nLa lettura di\npartenza \u00e8 stato il libro \u201cFelder, Wellen un Zerfall\u201d (Campi, onde e\ndecadimento) pubblicato dal Lehrerseminar f\u00fcr Waldorfp\u00e4dagogik di Kassel\n(seminario di pedagogia Waldorf di Kassel). In questo libro viene proposto un\npercorso che elabora i seguenti argomenti:<\/p>\n\n\n\n
- Campi elettrici (elettrostatica)<\/li>
- Induzione magnetica<\/li>
- Oscillazioni e onde<\/li>
- Radiazioni<\/li>
- Radioattivit\u00e0<\/li>
- Tecnica dei neutroni<\/li><\/ul>\n\n\n\n
In\nconsiderazione della corta durata dell’epoca (2 settimane), era stato deciso di\ntrattare solo il tema delle onde radio. Ho comunque letto il libro intero\napprezzandone molto i contenuti.<\/p>\n\n\n\n
Essendo in\npossesso di una macchina elettrostatica di Wimshurst, durante la preparazione\ndell’epoca l’ho riesumata dai miei armadi e mi sono divertito un po’ facendo i\nclassici esperimenti di elettrostatica (scariche elettriche, moti rotatori,\n\u201cvento\u201d eletttrico, ecc.). Il tema delle onde radio \u00e8 gi\u00e0 da anni tema di\ngrande interesse per me, ed ho letto molte pubblicazioni alternative,\nsoprattutto su Nikola Tesla e coloro che hanno seguito le sue orme, onde\ncercare di comprenderne l’origine, le dinamiche e le possibili applicazioni.\nMalgrado tutte queste letture, mi era ancora poco chiaro il fenomeno originario\nda cui lo studio delle onde radio aveva avuto inizio.<\/p>\n\n\n\n
Ritengo che il\ncontenuto di questa pubblicazione porti luce sulle origini e le manifestazioni\ndel fenomeno contribuendo in questo modo a fare chiarezza su una delle\ntecnologie fondamentali per il mondo d’oggi (ricordo che la radio, la\ntelevisione, i cellulari, il GPS, il Wifi, ecc. sono tutte tecnologie che\nfunzionano utilizzando le onde radio).<\/p>\n\n\n\n
Sono cosciente\nche questo lavoro \u00e8 da ritenersi incompleto, e se quanto presentato pu\u00f2 forse\napparire ovvio per radioamatori ed esperti del settore, penso tuttavia che\npossa fornire spunti di comprensione anche per insegnanti di fisica ed in\ngenere per chi \u00e8 interessato alla comprensione del fenomeno delle onde radio. <\/p>\n\n\n\n
Non sono a\nconoscenza di altre pubblicazioni che presentano il fenomeno nel modo in cui\nverr\u00e0 tentato di fare in questo libro. Tenter\u00f2 di limitare il pi\u00f9 possibile la\npresentazione delle teorie oggi vigenti concentrandomi sull’esposizione degli\nesperimenti eseguiti ed il percorso storico-scientifico che l’uomo ha fatto nel\nprocesso di scoperta del fenomeno delle onde radio e delle sue applicazioni.<\/p>\n\n\n\n
Mirko\nKulig, gennaio 2016
\n<\/strong><\/p>\n\n\n\nI primi trasmettitori: le scariche\nelettrostatiche e le scariche elettriche<\/a> <\/h1>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Wimshurst-modified-858x1024.jpg\")
Figura 1 – Macchina di wimshurst<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nDurante il percorso di preparazione\ndell’epoca, una sera ho avuto l’idea di provare a vedere se le scariche\nelettrostatiche della macchina di Wimshurst potessero essere in qualche modo\nrilevate con una radio. Da qualche mese avevo in casa una vecchia radio a\nvalvole di mia nonna (Biennophone modello Gandria del 1966) che tenevo pi\u00f9 per\nestetica e per malinconia di quando la sentivo cantare da bambino a casa di mia\nnonna, che per utilit\u00e0 pratica (ascolto molto raramente la radio).<\/p>\n\n\n\n
Per chi non conoscesse il\nfunzionamento della macchina di Wimshurst, includo una breve descrizione. Sul\nretro della macchina (non visibile nella foto) c’\u00e8 una manovella girando la\nquale si mettono in rotazione i due dischi di plexiglas su cui sono montate le\nplacchette di metallo. Mentre i dischi stanno ruotando, ad intervalli regolari\nsi osservano scariche elettrostatiche tra i due elettrodi (la frequenza delle\nscariche dipende dalla distanza degli elettrodi, che \u00e8 regolabile). I due\ncontenitori trasparenti che si osservano nella foto sono bottiglie di Leida,\naccumulatori di carica che permettono scariche pi\u00f9 grandi e potenti.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 1 – Rumori nella radio<\/a><\/h2>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Radio-modified-1-1024x686.jpg\")
Figura 2 – Radio Biennophone Gandria 1966<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nHo\nacceso la radio, ho atteso i 20-30 secondi che necessitano le valvole per\nscaldarsi e cominciare a funzionare correttamente, ho cercato una stazione\nradio ed ho posizionato la macchina di Wimshurst davanti alla radio (a circa 20\ncm). Ruotando i dischi della macchina di Wimshurst e alzando molto il volume\ndella radio, si udiva un debole rumore di interferenza gracchiante, come tanti\npiccoli scoppiettii. Non si riusciva a capire se le singole scariche\nelettrostatiche forti (gli elettrodi erano posizionati a circa 1 cm l’uno\ndall’altro) avessero o no un volume pi\u00f9 alto del rumore di interferenza di\nfondo.<\/p>\n\n\n\n
Parzialmente soddisfatto da questa prova, ho cercato su internet se\nvi era qualche altro ricercatore che avesse fatto esperimenti con una radio e\nla macchina di Wimshurst. Ho effettivamente trovato un ricercatore che ha fatto\nesperimenti di questo tipo, e che sostiene che le scariche elettrostatiche si\nodono molto pi\u00f9 forti se si seleziona la banda delle onde medie.<\/p>\n\n\n\n
Sono tornato alla mia radio e ho cercato di comprendere quale era\nl’impostazione giusta. La radio possiede 4 tasti denominati nel seguente modo:\nLW, MW, KW, UKW. Una rapida ricerca su internet ha fornito la seguente spiegazione:\n<\/p>\n\n\n\n
- LW significa in tedesco\nLangwellen, o onde lunghe, e sulla radio stessa \u00e8 indicata la banda di\nfrequenze che va da 150 kHz (kilohertz) ) a 350 kHz.<\/li>
- MW significa Mittelwellen, o\nonde medie, e corrisponde alla banda che va da 550 kHz a 1600 kHz.<\/li>
- KW significa Kurzwellen, o onde\ncorte, e corrisponde alla banda che va da 6 MHz (megahertz) a 18 MHz.<\/li>
- UKW significa Ultrakurzwellen,\no onde ultracorte, e corrisponde alla banda che va da 87 MHz a 104 Mhz.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Vi \u00e8 poi un’altra differenza importante. Le trasmissioni su onde\nlunghe (LW), medie e corte avvengono con modulazione AM (Amplitude Modulation,\no modulazione d’ampiezza), mentre le trasmissioni su onde ultracorte (UKW) avvengono\nin modulazione FM (Frequency Modulation, o modulazione di frequenza). Negli\napprofondimenti alla fine del libro si trovano ulteriori indicazioni sulle\nmodulazioni AM e FM. Quello che si constata \u00e8 che sulla banda delle onde\nultracorte con modulazione FM si trova una grande scelta di emittenti, e la qualit\u00e0\ndel suono \u00e8 da buona ad ottima. Sulle\naltre bande si trovano relativamente poche emittenti, tendenzialmente di pi\u00f9 la\nsera e di notte che durante il giorno, sono quasi sempre in lingua straniera\n(ho rilevato emittenti in spagnolo) con qualit\u00e0 sonora bassa. Negli\napprofondimenti ho incluso ulteriori informazioni in merito alle bande.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 2 – Interferenze forti<\/a><\/h2>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Biennophone-wimshurst-1024x739.jpg\")
Figura 3 – Esperimenti 1 e 2<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nHo\nschiacciato il pulsante LW (onde lunghe) della radio e ho fatto girare i dischi\ndella macchina elettrostatiche. Gi\u00e0 a basse rivoluzioni, prima che vi fosse un’effettiva\nscarica elettrostatica tra gli elettrodi, si sentiva un gran frastuono\nproveniente dall’altoparlante della radio. Selezionando il tasto MW (onde\nmedie) il frastuono diventava, a parit\u00e0 di volume, ancora pi\u00f9 forte. Selezionando\nil tasto KW (onde corte) il frastuono c’era ancora ma pi\u00f9 debole che con le\nbande LW e MW. Il frastuono era udibile indipendentemente dalla sintonizzazione\nfine della radio (girando la manopola di sintonizzazione).<\/p>\n\n\n\n
In nessuna banda era possibile sentire una differenza in\ncorrispondenza delle scariche elettrostatiche tra gli elettrodi. Soprattutto\nnella banda MW, era sufficiente far fare ai dischi della macchina\nelettrostatica una piccola frazione di giro per sentire l’interferenza nella\nradio. <\/p>\n\n\n\n
<\/h2>\n\n\n\nEsperimento 3 – Interferenze a\ndistanza<\/a><\/h2>\n\n\n\nHo quindi selezionato il tasto MW che dava i risultati migliori, ed\nho allontanato la macchina a circa 4 m dalla radio. Girando i dischi della\nmacchina elettrostatica si udiva ancora solo un leggero rumore di fondo, ma si\npoteva sentire un colpo secco proveniente dalla radio in corrispondenza alle\nscariche tra gli elettrodi. Questa distanza \u00e8 stata portata fino a circa 9 m\n(massima estensione del mio salotto) e, seppur pi\u00f9 debole, era sempre ancora\npossibile sentire il colpo secco nella radio in corrispondenza delle scariche\nelettrostatiche.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/interferenza-a-distanza-1024x282.jpg\")
Figura 4 – Interferenze a distanza<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nDurante queste prove ho fatto le seguenti 2 osservazioni\ninteressanti:<\/p>\n\n\n\n
- alcune scariche\n elettrostatiche non si udivano, o si udivano ad un volume pi\u00f9 basso nella\n radio rispetto ad altre scariche.<\/li>
- aumentando la\n distanza tra gli elettrodi e producendo in questo modo scariche pi\u00f9 forti\n e pi\u00f9 lunghe non si constatava necessariamente un aumento del volume di\n ricezione. Le scariche che venivano rilevate dalla radio col massimo\n volume erano in corrispondenza ad una distanza di circa 1 cm tra gli\n elettrodi.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
La spiegazione di questi fenomeni non \u00e8 ovvia. Ne parler\u00f2 ancora pi\u00f9\navanti. <\/p>\n\n\n\n
Ho quindi proseguito con altri esperimenti di rilevazione con la\nradio.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 4 – Varie fonti di\ninterferenza<\/a><\/h2>\n\n\n\n- Strofinando una bacchetta di\nPVC con un panno di lana in prossimit\u00e0 della radio sintonizzata sulla banda MW,\nsi possono udire rumori di scariche provenienti dalla radio.<\/li>
- Premendo il tasto di un\naccendino piezoelettrico (quelli che fanno la scintilla elettrica, senza pietra\nfocaia) in prossimit\u00e0 della radio sintonizzata sulla banda MW, si pu\u00f2 udire il\nrumore delle scariche dall’altoparlante della radio.<\/li>
- Ho montato in prossimit\u00e0 della\nradio un piccolo circuito composto da batteria di automobile (12 V), due cavi e\nla lampadina di un fanale frontale (circa 100 W). Quando il circuito era chiuso\n(e la lampadina accesa) non si udiva nulla nella radio, ma muovendo uno dei\ncavi sul polo della batteria, si sentivano delle interferenze nella radio.<\/li>
- Talvolta accendendo o spegnendo\nun interruttore della luce domestica \u00e8 possibile udire un’interferenza nella\nradio.<\/li>
- Ponendo un motore elettrico\nacceso qualsiasi (io ho provato un motore da monopattino elettrico da 24 V ed\nun aspirapolvere) in prossimit\u00e0 della radio, si pu\u00f2 udire un rumore proveniente\ndall’altoparlante della radio simile a quello di un motore.<\/li>
- Possiedo una lampada al plasma\nin cui si \u00e8 rotta la sfera esterna ed \u00e8 rimasta l’antenna interna. Accendendola\nvicino alla radio, si pu\u00f2 sentire un grande frastuono dall’altoparlante della\nradio quando si \u00e8 sintonizzati su LW o MW. Facendo una sintonizzazione fine\ndella radio, si constata che vi sono frequenze in cui il frastuono \u00e8 maggiore\nche in altre. Muovendo la mano o un oggetto in prossimit\u00e0 della lampada, il\nrumore rilevato dalla radio subisce modulazioni. Si possono sentire leggere\ninterferenze anche con la radio sintonizzata su KW. Allontanando la lampada\ndalla radio e cercando di sintonizzarsi con la radio, si possono trovare\nfrequenze (nel mio caso a 220 kHz) in cui \u00e8 rilevabile un’interferenza della\nlampada al plasma fino a 5 m di distanza. Avvicinando la mano o un altro\noggetto alla lampada al plasma, si possono udire nella radio modulazioni dell’interferenza.<\/li>
- Avvicinando un oggetto di\nmetallo all’antenna (interna) posizionata dietro al pannello frontale della\nradio sopra i comandi quando questa \u00e8 sintonizzata sulla banda MW, si pu\u00f2\nsentire un aumento dell’interferenza. Lo stesso accade con magneti, Compact\nDisk e la mano stessa del corpo umano.<\/li>
- Computer portatili, smartphone\ne tablet, se avvicinati all’antenna interna della radio, provocano un gran\nfrastuono.<\/li><\/ol>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Vari-oggetti-vicino-a-radio-disegno-con-nomi-piccoli-984x1024.jpg\")
Figura 5 – Varie fonti di interferenza <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/h2>\n\n\n\n
Per riassumere quanto osservato, possiamo dire che:<\/p>\n\n\n\n
- Scariche elettriche ed\nelettrostatiche possono essere rilevate come segnale sonoro da una radio. La\ndistinzione tra scariche elettriche ed elettrostatiche qui intesa \u00e8 in base al\nvoltaggio. Le scariche elettrostatiche sono tipicamente nell’ordine delle\nmigliaia o decine di migliaia di Volt, mentre quelle elettriche si manifestano\nsotto i 1000 Volt (cfr. esperimento della batteria da auto e dell’interruttore\ndella luce). La rilevazione \u00e8 molto pi\u00f9 evidente nelle bande LW, MW e KW\nrispetto alla banda UKW. Tra queste, la banda che d\u00e0 i migliori risultati in\ntermini di volume \u00e8 la banda MW.<\/li>
- Apparecchi che contengono\nmotori elettrici sono rilevabili dalla radio come segnale sonoro quando si\ntrovano in prossimit\u00e0 della radio.<\/li>
- Oggetti di vario genere,\ncompreso il corpo umano, possono essere rilevati dalla radio quando si trovano\nmolto vicini all’antenna della radio.<\/li>
- Apparecchi elettronici sono\nrilevabili dalla radio quando si trovano in prossimit\u00e0 dell’antenna.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Va specificato che quando si preme il tasto per accendere la luce di\ncasa, tra i collegamenti interni dell’interruttore si crea spesso una\nscintilla. Lo stesso vale se si collega una lampadina ad una batteria da auto\nmolto carica. In questo ultimo caso comunque, la rilevazione nella radio \u00e8\nudibile anche quando non vi \u00e8 alcuna scintilla osservabile. Raggruppo questi\nfenomeni nella stessa categoria di quelli che producono scariche\nelettrostatiche perch\u00e9, seppure possiedano voltaggi molto diversi, manifestano\nlo stesso fenomeno di scarica.<\/p>\n\n\n\n
Le lampade al plasma funzionano tipicamente con onde elettriche di\nfrequenza intorno ai 35 kHz e ampiezza di 2-5 kV. Non sorprende quindi che\npossano essere rilevate dalla radio, anche se la loro frequenza operativa \u00e8\nnettamente al di sotto delle frequenze per cui \u00e8 predisposta la radio.<\/p>\n\n\n\n
In generale, i fenomeni descritti fino a qui che si manifestano in\nprossimit\u00e0 della radio potrebbero essere spiegati con l’induzione\nelettrostatica (bacchetta di PVC, macchina elettrostatica vicina alla radio, oggetto\nmetallico vicino all’antenna, ecc.) o l’induzione elettromagnetica (motori\nelettrici). Rimando agli approfondimenti alla fine del libro per una\ndescrizione pi\u00f9 accurata di questi due fenomeni.<\/p>\n\n\n\n
La rilevazione delle scariche elettrostatiche a 9 m di distanza per\u00f2\nnon pu\u00f2 essere spiegata attraverso l’induzione elettrostatica o elettromagnetica.\nA mia conoscenza, non \u00e8 pensabile avere effetti di questo genere a cos\u00ec grande\ndistanza con i voltaggi generati da una macchina di Wimshurst.<\/p>\n\n\n\n
Ho quindi fatto alcune ricerche sui primi sperimentatori che si sono\noccupati delle onde radio per verificare se qualcuno avesse studiato i fenomeni\nqui descritti.<\/p>\n\n\n\n
Breve storia degli esordi delle\nricerche sulle onde radio<\/a><\/h1>\n\n\n\nI fenomeni di induzione elettrostatica e di induzione\nelettromagnetica e la relazione esistente tra elettricit\u00e0 e magnetismo erano\ngi\u00e0 conosciuti prima del 1850 grazie alle ricerche di numerosi scienziati, tra\ncui Von Guericke, Franklin, Volta, Galvani, Amp\u00e8re, Ohm, Oersted, Faraday,\nLenz, ecc.<\/p>\n\n\n\n
Nel 1865 Maxwell pubblic\u00f2 la sua teoria sull’elettromagnetismo in\ncui veniva postulata l’idea che le onde elettromagnetiche viaggiassero nello\nspazio alla velocit\u00e0 della luce. Fino a questo punto, il fenomeno delle onde\nelettromagnetiche con effetti a grande distanza non era ancora stato osservato\nufficialmente da nessuno.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Hertz-1024x177.png\")
Figura 6 – Trasmettitore di Hertz. Ai due fili veniva collegato un rocchetto di Ruhmkorff<\/em> <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/hertz2-624x1024.png\")
Figura 7 – Ricevitore di Hertz<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nNel\n1879 David Edward Hughes, mentre lavorava su una forma primitiva di metal\ndetector, not\u00f2 che un contatto elettrico non perfetto produceva delle piccole\nscintille in corrispondenza di scariche elettriche. Dopo aver lavorato per\nperfezionare il ricevitore, riusc\u00ec a captare le scariche fino a 460 m di\ndistanza dalla sorgente. Nel 1880 mostr\u00f2 le sue scoperte alla Royal Society che\nper\u00f2, visto che Hughes non era un fisico, giustific\u00f2 il fenomeno come semplice\ninduzione elettromagnetica.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/hertz-3-1024x422.jpg\")
Figura 8 – Apparecchi di Hertz per la trasmissione e la ricezione<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nNel 1886, Ernst Heinrich Hertz not\u00f2 che se scaricava una bottiglia\ndi Leida in una spirale di Riess (una specie di bobina a forma di spirale), si\nproduceva una scintilla tra i poli di una seconda spirale di Riess. Svilupp\u00f2\nquindi un trasmettitore composto da due fili lunghi 1 m posti sullo stesso asse,\nalle cui estremit\u00e0 esterne erano poste due sfere capacitive di 30 cm di\ndiametro e alle cui estremit\u00e0 interne erano poste due sferette a piccola distanza\nl’una dall’altra (figura 6). <\/p>\n\n\n\n
Applicando un rocchetto di Ruhmkorff (generatore di impulsi ad alta\ntensione) ai due fili, tra le loro estremit\u00e0 interne si creavano scariche\nelettriche (spinterometro[1]<\/a>).\nQuale ricevitore utilizz\u00f2 un filo a forma di cerchio con una piccola apertura (figura\n7). Nel ricevitore si potevano osservare piccole scariche elettriche\nattraversare l’apertura dello spinterometro in corrispondenza a quelle prodotte\ndal trasmettitore.<\/p>\n\n\n\nIn figura 8 \u00e8 rappresentato lo schema utilizzato da Hertz.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/trasmettitore-1024x1014.jpg\")
Figura 9 – Diagramma di un tipico trasmettitore a spinterometro<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Da quanto riportato fino a qui, risulta quindi che non solo il\nfenomeno di rilevazione remota delle scariche elettrostatiche era conosciuto,\nma \u00e8 stato il fenomeno da cui sono partite le ricerche.<\/p>\n\n\n\n
In conseguenza delle ricerche di Hertz e altri, nei primi trent’anni\ndella storia dei sistemi di trasmissione a onde radio il metodo utilizzato per\nla trasmissione si basava sullo spinterometro. In figura 9 ho incluso lo schema\ntipico di un trasmettitore di quei tempi.<\/p>\n\n\n\n
Osservando i componenti inclusi nel diagramma della figura 9, si constata\nche diversi elementi sono presenti anche nella macchina di Wimshurst, infatti\nabbiamo:<\/p>\n\n\n\n
- un generatore di alta tensione\n(rocchetto di Ruhmkorff nel diagramma, dischi rotanti nella macchina di\nWimshurst)<\/li>
- uno spinterometro (gli\nelettrodi della macchina di Wimshurst)<\/li>
- le bottiglie di Leida (presenti\nnella macchina di Wimshurst)<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Rimaneva poco chiaro perch\u00e9 una scarica elettrostatica era\nrilevabile con una radio sintonizzata su frequenze specifiche (e quindi\n“sensibile” unicamente a onde che giungono sulla frequenza\nsintonizzata). Lo spunto per una possibile spiegazione mi \u00e8 giunto dallo studio\ndelle anomalie indicate sopra e che ripeto per chiarezza:<\/p>\n\n\n\n
- alcune scariche\n elettrostatiche non si udivano, o si udivano ad un volume pi\u00f9 basso nella\n radio rispetto ad altre scariche.<\/li>
- aumentando la\n distanza tra gli elettrodi e producendo in questo modo scariche pi\u00f9 forti\n e pi\u00f9 lunghe non si constatava necessariamente un aumento del volume di\n ricezione. Le scariche che venivano rilevate dalla radio col massimo\n volume erano in corrispondenza ad una distanza di circa 1 cm tra gli\n elettrodi.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Le scariche elettrostatiche possono essere paragonate ad impulsi.\nMentre giriamo i dischi della macchina elettrostatica, la differenza di\npotenziale tra gli elettrodi aumenta sempre pi\u00f9 fino a che si annulla di colpo\nattraverso la scarica elettrostatica. Dalle mie conoscenze dei fenomeni sonori,\npenso che abbia a che fare con la natura stessa di un impulso. La registrazione\nsonora del rumore prodotto da una scarica elettrostatica (impulso sonoro) ha\nquesta forma:<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/impulso-1.jpg\")
Figura 10 – Registrazione sonora di una scarica elettrostatica <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Ricordo che quest’onda rappresenta l’onda sonora associata alla\nscarica elettrostatica, non la scarica stessa. Potrebbe inoltre contenere degli\nechi della stanza, e la mostro solo a titolo indicativo.<\/p>\n\n\n\n
Quello che si osserva, comunque, \u00e8 che il suono della scarica non \u00e8\nun picco isolato, ma ha una coda che segue il picco. La coda oscillante \u00e8\ncomposta da diverse frequenze smorzate.<\/p>\n\n\n\n
Da alcune ricerche sull’argomento, ho trovato un articolo accademico[2]<\/a> in\ncui \u00e8 stato tentato di misurare la forma d’onda elettrica di una scarica elettrica\ndi 2 kV (kilovolt). L’operazione di misura \u00e8 difficile perch\u00e9 qualsiasi\napparecchio rilevatore collegato agli elettrodi avr\u00e0 una sua reazione alla\nscarica, cambiandone in questo modo la forma d’onda. Comunque, le diverse prove\ndescritte nell’articolo sembrano dare indicazioni che anche a livello elettrico\nsuccede qualcosa di simile a quanto mostrato per la registrazione sonora.\nIncludo una delle loro rilevazioni a titolo indicativo (scarica di 2 kV).<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/impulso-2-1.jpg\")
Figura 11 – Grafico di una scarica di 2 kV <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Da ulteriori ricerche sugli impulsi elettromagnetici, risulta che un\nimpulso comprende tipicamente molte frequenze, a partire da 0 Hz fino ad un\nvalore definito. Questo fatto era gi\u00e0 stato mostrato dal fisico tedesco Berend\nWilhelm Feddersen nel 1859. Attraverso lo studio delle scariche prodotte da una\nbottiglia di Leida, mostr\u00f2 come ogni scarica era composta da oscillazioni\nsmorzate. Queste osservazioni spiegherebbero la rilevazione delle scariche\nelettrostatiche nelle tre bande LW, MW e KW. Per spiegare le due osservazioni\nanomale, avanzo quindi l’ipotesi che a dipendenza della distanza degli elettrodi,\nvi saranno pi\u00f9 o meno frequenze nell’impulso corrispondenti alla banda su cui \u00e8\nsintonizzata la radio, e che non ogni scarica genera sempre le stesse frequenze\n(per questo alcune scariche non sono quasi rilevate dalla radio). Ulteriore\nricerca \u00e8 per\u00f2 necessaria per confermare queste ipotesi.<\/p>\n\n\n\n
Dopo questo lavoro di sperimentazione e ricerca che mi aveva\npermesso di comprendere quali sono i meccanismi di generazione di onde radio, mi\nsono poi concentrato sui meccanismi di rilevazione.<\/p>\n\n\n\n
I primi ricevitori<\/a><\/h1>\n\n\n\nEsperimento 5 – Ricevitore a\nbobina<\/a><\/h2>\n\n\n\nCollegando i due poli di una bobina con 10 spire e 10 cm di diametro\nad una lampadina a LED, tenendola davanti alla macchina elettrostatica e\nspegnendo la luce si pu\u00f2 osservare, in corrispondenza alle scariche elettrostatiche,\nuna leggera illuminazione della lampadina a LED. Il fenomeno \u00e8 osservabile fino\nad una distanza di 80 cm dagli elettrodi. L’illuminazione \u00e8 pi\u00f9 evidente se\nl’asse della bobina \u00e8 direzionato verso gli elettrodi.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Wimshurst-con-bobina-disegno-nomi-1-1024x890.jpg\")
Figura 12 – Ricevitore a bobina <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Sul libro del seminario di Kassel veniva proposta la realizzazione\ndi un ricevitore con un componente chiamato coesore (Koh\u00e4rer in tedesco). Non\navendo mai sentito parlare di questo componente, ho fatto alcune ricerche in\nmerito ed ho deciso di provare a realizzarne uno.<\/p>\n\n\n\n
La costruzione si \u00e8 dimostrata alquanto facile. Ho preso un pezzo di\ntubo di gomma flessibile trasparente di circa 1 cm di diametro esterno e circa\n5-8 cm di lunghezza, ho scelto due viti che potevano essere avvitate nel tubo e\nho limato una lastra di rame per ottenere della polvere fine di rame. Ho quindi\navvitato una vite nel tubo, ho inserito la polvere di rame e ho avvitato la\nseconda vite all’altra estremit\u00e0 del tubo lasciando uno spazio tra le due viti\nin cui era contenuta la polvere di rame. Nella figura 13 ho incluso la\nfotografia di due coesori che ho realizzato (uno con limatura di rame ed uno\ncon limatura di ferro).<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 6 – Il coesore<\/a><\/h2>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/coesori-2-1024x911.jpg\")
Figura 13 – Coesori<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nHo realizzato un piccolo circuito composto da tre batterie AAA, una\nlampadina a LED ed il coesore (figura 14). Dopo aver tarato il coesore\n(avvitando e svitando una delle viti), il circuito, in condizioni di riposo,\nera aperto (LED spento). Facendo girare i dischi della macchina elettrostatica\nin prossimit\u00e0 del circuito, la lampadina LED si accendeva quasi immediatamente\n(prima delle scariche forti). Era poi necessario dare un colpetto con la mano\nal coesore per far spegnere il LED, ed il processo poteva essere ripetuto.\nAllontanando di qualche metro il circuito dalla macchina elettrostatica, la\nlampadina LED si accendeva solo in corrispondenza delle scariche forti tra gli\nelettrodi. Non ho constatato differenze di rilievo tra i due coesori costruiti\nl’uno con polvere di rame e l’altro con polvere di ferro. Durante la taratura\nho osservato che se le due viti erano troppo vicine, il coesore si accendeva da\nsolo (prima di qualsiasi scarica elettrostatica), mentre se erano troppo\nlontane non si accendeva del tutto. Dopo varie prove ho raggiunto un buon\nfunzionamento con 5-6 mm di distanza tra le viti e una quantit\u00e0 di polvere\nmetallica sufficiente a riempire circa fino a met\u00e0 lo spazio tra le viti.\nUn’altra osservazione \u00e8 stata che quando la luce LED si accende in\ncorrispondenza delle scariche elettrostatiche, non sempre essa si accende del\ntutto. Talvolta si osserva prima una luce debole che con ulteriori scariche\nelettrostatiche giunge poi alla piena luminosit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Wimshurst-con-coesore-disegno-nomi-1024x768.jpg\")
Figura 14 – Ricevitore a coesore <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/rilevatore.png\")
Figura 15 – Rilevatore di scariche elettriche di Branly<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nDopo questo esperimento ho cercato informazioni su come erano fatti\ni primi rilevatori di onde radio, e nello specifico il coesore.<\/p>\n\n\n\n
Il ricevitore utilizzato da Hertz si componeva di una spira di filo\ndi rame con un’apertura attraverso la quale si osservavano piccole scintille.<\/p>\n\n\n\n
Gi\u00e0 nel 1835 lo scienziato svedese Peter Samuel Munk aveva osservato\nche in una miscela di polveri di metalli si manifestava un cambiamento di\nresistenza quando in prossimit\u00e0 veniva scaricata una bottiglia di Leida. Nel\n1866 Samuel Alfred Varley aveva utilizzato una propriet\u00e0 simile per creare uno\nscaricatore di fulmini sulle linee telegrafiche. L’apparato consisteva in due\npunte metalliche inserite in un contenitore tra le quali veniva posta polvere\ndi carbone. Una delle punte veniva collegata all’impianto telegrafico e l’altra\nveniva messa a terra. Ai voltaggi normali del telegrafo l’apparato si\ncomportava come un isolante (non metteva a terra). Nel caso in cui un fulmine\ncolpiva la linea telegrafica, l’apparato diventava conduttore e scaricava a\nterra il fulmine, salvaguardando in questo modo i componenti elettrici\ndell’impianto. Nel 1879 Hughes aveva osservato che i granuli metallici dei\nmicrofoni che stava sviluppando rispondevano a scariche elettriche generate in\nprossimit\u00e0. L’italiano Temistocle Calzecchi-Onesti pubblic\u00f2 tra il 1884 ed il\n1886 una serie di articoli scientifici in cui riportava i suoi esperimenti\nsulla conduttivit\u00e0 di polveri di metalli. Riport\u00f2 che la polvere di rame\ninserita tra due elettrodi di ottone conduceva corrente quando si applicavano\nvoltaggi agli elettrodi. Scopr\u00ec inoltre che diverse polveri metalliche\ndiventavano conduttive in corrispondenza a scariche elettriche. Questo ultimo\nfenomeno era osservabile anche ad una certa distanza dalle scariche elettriche.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/marconi.png\")
Figura 16 – Coesore di Marconi. Nel tubo di vetro veniva creato un vuoto parziale. Gli elettrodi erano di argento e la polvere era composta da una mistura di argento e nickel<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nIl\nfisico francese Edouard Branly pubblic\u00f2 nel 1890 il resoconto delle sue\nricerche sul comportamento anomalo di polveri metalliche in presenza di\nscariche elettriche. Riusc\u00ec a rilevare le scariche con uno strumento simile al\ncoesore in un’altra stanza a circa 20 metri di distanza. Negli anni che seguirono\nil fenomeno fu studiato da diversi scienziati e venne coniato il termine\ncoherer (coesore). L’ipotesi che il coesore reagisse alle onde hertziane\ndivenne sempre pi\u00f9 una certezza, e nel 1895 Guglielmo Marconi costru\u00ec un\nsistema di telegrafia senza fili che utilizzava onde hertziane ed il cui ricevitore\nera basato sul coesore. Negli anni seguenti e fino al 1907 il coesore fu il\nprincipale componente nei ricevitori di telegrafia senza fili, e fu impiegato\nnel famoso esperimento di Marconi del 1901 in cui riusc\u00ec a trasmettere senza\nfili la lettera S dell’alfabeto Morse (3 punti) dall’Inghilterra al continente\namericano (circa 3500 km di distanza). Anche se rimangono dubbi sulla realt\u00e0 di\nquesta prima trasmissione, l’anno seguente Marconi fece numerose prove ben\ndocumentate la cui validit\u00e0 non \u00e8 messa in discussione.<\/p>\n\n\n\n
\u00c8 interessante notare che il coesore, una volta attivato dalle\nscariche elettrostatiche, rimane poi attivo (conduttivo) e necessita di un\ncolpo meccanico per ritornare allo stato non conduttivo. I ricevitori a coesore\nincludevano quindi un meccanismo che tramite un relais dava un colpetto al\ncoesore onde renderlo nuovamente non-conduttivo non appena veniva rilevato un\nsegnale (figura 17).<\/p>\n\n\n\n
\u00c8 interessante sapere che il principio di funzionamento del coesore\nnon \u00e8 ancora capito bene. Viene ipotizzato un processo di microsaldature tra le\nparticelle di metallo durante la rilevazione di radio onde, ma questa rimane\nun’ipotesi.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/ricevitore.png\")
Figura 17 – Schema del ricevitore di telegrafia senza fili con coesore (A). Si noti il sistema di relais (F) e martelletto (B) che “azzerava” il coesore<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nAntenne<\/a><\/h1>\n\n\n\nEsperimento 7 – Amplificazione con\nantenne<\/a><\/h2>\n\n\n\n- Se osserviamo con attenzione\nl’accendino piezoelettrico dell’esperimento 4b, vediamo che premendo il tasto\nsi crea una scintilla tra un elemento metallico interno e l’armatura esterna\ndell’accendino. Se colleghiamo un cavetto coccodrillo[3]<\/a>\nall’elemento metallico interno dell’accendino (dove nasce la scintilla),\nosserviamo che diventa possibile rilevare la scintilla con la radio ad una\ndistanza di diversi metri maggiore a quanto si poteva fare senza cavetto.<\/li>
- Se proviamo a premere il tasto\ndell’accendino piezoelettrico in prossimit\u00e0 del circuito con coesore\ndell’esperimento 6, non accade nulla. Se all’accendino applichiamo il cavo\ncoccodrillo come nell’esperimento 7a, \u00e8 possibile trovare posizioni\nnell’intorno del circuito in cui il coesore si attiva facendo accendere la lampadina\nLED.<\/li>
- Se ora colleghiamo due cavetti\ncoccodrillo di 50 cm di lunghezza alle due estremit\u00e0 del coesore e li\nposizioniamo orizzontalmente allargandoli (figura 18) diventa possibile\nrilevare col coesore la scarica dell’accendino a diversi metri di distanza\n(fino a 5-6 m).<\/li>
- Ripetendo l’esperimento 6 con\nla macchina elettrostatica ma col circuito del coesore modificato come\nnell’esperimento 7c, diventa possibile rilevare le scariche forti della\nmacchina fino a 10 m di distanza con una parete in mezzo.<\/li><\/ol>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Piezoelettrico-con-coesore-1024x505.jpg\")
Figura 18 – Coesore e trasmettitore con antenne (esperimento 7c) <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 8 – Antenna di Hertz\napplicata alla macchina elettrostatica<\/a><\/h2>\n\n\n\nHo creato una primitiva antenna su ispirazione dell’esperimento di\nHertz descritto sopra. Alle estremit\u00e0 di una sbarra di legno lunga 1 m ho\napplicato due sfere di metallo di 10 cm di diametro. Le due sfere sono state\ncollegate tramite cavetti coccodrillo una ad un elettrodo della macchina\nelettrostatica, l’altra all’altro elettrodo. La sbarra \u00e8 stata posta in\nposizione orizzontale. Girando i dischi della macchina elettrostatica, sono\nriuscito a rilevare le scariche elettrostatiche con la radio Biennophone a 15 m\ndi distanza attraverso 2 pareti.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Hitachi-1024x717.jpg\")
Figura 19 – Radio portatile Hitachi del 1967<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nOnde\nindagare ulteriormente il fenomeno di amplificazione che sembrava manifestarsi\napplicando prolungamenti di metallo (cavetti coccodrillo, sfere di metallo) sia\na trasmettitori che ricevitori, avevo bisogno di una radio mobile.<\/p>\n\n\n\n
Cercando negli armadi di casa mia ho trovato una vecchia radio\nHitachi a transistor portatile del 1967. Questa radio funziona solo nelle due\nbande LW e MW. Ho subito verificato che, quando era impostata sulle onde MW,\nera in grado di rilevare le scariche della macchina elettrostatica in maniera\nsimile alla radio Biennophone.<\/p>\n\n\n\n
<\/h2>\n\n\n\nEsperimento 9 – Ricezione fuori\ncasa<\/a><\/h2>\n\n\n\nUna persona faceva girare i dischi della macchina elettrostatica con\ngli elettrodi collegati all’antenna a dipolo dell’esperimento 8. Sono uscito di\ncasa e mi sono allontanato. Sintonizzando la radio quando perdevo il segnale \u00e8\nstato possibile rilevare le scariche elettrostatiche fino a oltre 20 m di\ndistanza dalla macchina attraverso 3 pareti.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Wimshurst-con-antenne-di-hertz-e-hitachi-1-1024x500.jpg\")
Figura 20 – Trasmettitore con antenna dipolo <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Ho poi fatto delle ricerche per valutare i diversi tipi di antenne\nche esistono. Oltre al tipo gi\u00e0 descritto ed utilizzato da Hertz nei suoi primi\nesperimenti, chiamata antenna a dipolo, esiste una gran quantit\u00e0 di tipologie\ndi antenne diverse. Un altro tipo di antenna alquanto diffuso \u00e8 la cosiddetta\nantenna monopolo o antenna Marconi. In questo tipo di antenna, un polo del\ntrasmettitore \u00e8 collegato ad un conduttore verticale e l’altro \u00e8 collegato a\nterra (detto piano di terra). A differenza dell’antenna dipolo che \u00e8 posta in\nposizione orizzontale, questa antenna si sviluppa sulla verticale.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 10 – Ricezione remota\ncon antenna monopolo<\/a><\/h2>\n\n\n\nHo collegato un elettrodo della macchina elettrostatica ad un\ncavetto coccodrillo lungo circa 70 cm e terminante in una sfera di metallo di\n10 cm di diametro. Ho fissato la sfera ad una sbarra di legno posizionata in\nverticale. Ho collegato l’altro elettrodo della macchina elettrostatica con un\ncavo alla terra della presa elettrica di casa (in Svizzera \u00e8 il buco centrale\ndei tre poli). Attenzione: se si sbaglia il collegamento e si sceglie la fase\nc’\u00e8 pericolo di vita! Ho ripetuto l’esperimento 9 con questo impianto. Con un\npo’ di sintonizzazione fine sulla radio Hitachi portatile, sono riuscito a\nrilevare le scariche della macchina elettrostatica a 80 m di distanza fuori\ncasa.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Wimshurst-con-antenna-di-tesla-e-hitachi-nomi-1024x600.jpg\")
Figura 21 – Trasmettitore con antenna monopolo <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 11 – Dip meter<\/a><\/h2>\n\n\n\nPossiedo uno strumento che si chiama Dip meter.\nIn poche parole, \u00e8 un piccolo generatore di frequenze radio sintonizzabile su\ntante bande (da alcuni kHz fino a 250 MHz) che si utilizza per dimensionare\ncircuiti oscillanti. Avvicinandolo alla radio e sintonizzando la stessa\nfrequenza (in UKW) sulla radio come pure sul dip meter, si sente un suono\nnitido proveniente dalla radio. Allontanandolo di qualche decimetro il suono si\nattenua molto. Se per\u00f2 si avvicina il Dip Meter ad oggetti di metallo lunghi da\nalcuni decimetri ad alcuni metri presenti nella stanza, il suono nitido ritorna\npi\u00f9 forte ed \u00e8 rilevabile anche a diversi metri di distanza.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Radio-con-dip-meter-nomi-1024x575.jpg\")
Figura 22 – Dip meter <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Riassumendo i risultati degli esperimenti sulle antenne, possiamo\ndire che prolungamenti di metallo amplificano notevolmente il segnale delle\nscariche elettrostatiche, permettendone la ricezione a distanze molto maggiori\nche quando non si utilizza nulla. <\/p>\n\n\n\n
La seconda generazione di\nricevitori e trasmettitori<\/a><\/h1>\n\n\n\nDopo aver con successo ripercorso le origini dello sviluppo della\nradio con trasmettitori a spinterometro e ricevitori a coesore, mi era chiaro\nche la limitazione di questa tecnologia \u00e8 il fatto che \u00e8 difficile trasmettere\nsegnali sonori. Infatti agli inizi dello sviluppo della tecnologia radio\nvenivano trasmessi solo segnali in codice Morse. Entro pochi decenni per\u00f2\nl’evoluzione della radio ha portato rapidamente alla trasmissione e alla\nricezione di segnali audio. <\/p>\n\n\n\n
Un tipo di ricevitore relativamente facile da costruire era la radio\na galena, sviluppata nella prima decade del 1900 da J. C. Bose e G. W. Pickard.\nI primi prototipi venivano utilizzati per rilevare i segnali Morse dei\ntrasmettitori a spinterometro. La galena (minerale a base di piombo) come pure\naltri minerali (per es. la pirite) hanno propriet\u00e0 rettificanti e quindi si\nadattano bene anche per demodulare segnali audio trasmessi su di una frequenza\nportante (AM). Questo tipo di radio erano radio passive, non possedevano\nsistemi di amplificazione. Nei primi 30 anni del 1900 si diffusero ampiamente\nperch\u00e9 facili da costruire. Il governo americano distribu\u00ec pure delle\npubblicazioni in cui veniva spiegato come costruirle. Versioni ancora pi\u00f9\nsemplici vennero sviluppate dai soldati durante la seconda guerra mondiale\nutilizzando una lametta da barba arrugginita che manifestava propriet\u00e0 simili\nalla galena e una matita a graffite.<\/p>\n\n\n\n
In figura 23 ho incluso una foto del meccanismo a “baffo di\ngatto” (dall’inglese Cat’s whisker) con cui funzionavano le radio a\ngalena. Un filo di materiale conduttore veniva mosso sulla galena per trovare\nquei punti del minerale che manifestavano propriet\u00e0 semiconduttive (vedi approfondimento\nsul semiconduttore).<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/baffo.jpg\")
Figura 23 – Rilevatore a “baffo di gatto”<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nIn figura 24 una ricostruzione della radio Foxhole, con lametta da\nbarba e matita a graffite, utilizzata durante la seconda guerra mondiale dai\nsoldati.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/foxhole-1024x768.jpg\")
Figura 24 – Ricostruzione della radio Foxhole<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nIspirandomi a questi modelli, ho quindi cercato di costruire una\nprimitiva radio ricevente.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 12 – Ricevitore a onde\nmedie<\/a><\/h2>\n\n\n\nIn figura 25 ho incluso lo schema da me costruito. Ho tentato a\nlungo di captare qualche stazione radio prima con una lametta da barba scaldata\nper alcuni secondi fino all’incandescenza, poi con un pezzo di lamiera zincata\nsottoposta ad un trattamento simile (metodologie apprese da radioamatori e\nhobbisti su internet). Si riusciva talvolta ad udire qualcosa, ma il segnale\nera molto debole ed instabile. Pi\u00f9 per disperazione che per altro, ho poi\nprovato con un pezzo di pirite che avevo in casa. <\/p>\n\n\n\n
Con mia grande sorpresa sono riuscito a captare diverse stazioni\nradio. Talvolta la ricezione era cos\u00ec buona da riuscire a comprendere le parole\nche venivano dette e a riconoscere la musica. Il problema pi\u00f9 grosso era che la\nprimitiva radio sembrava ricevere diverse stazioni tutte insieme. Non avendo un\nsistema di amplificazione, i modelli originali prevedavano l’utilizzo di un\nauricolare ad alta impedenza (> di 2000 Ohm), in uso fino agli anni ’70 ma\ncaduti in disuso nel frattempo. Non possedendo un auricolare di questo genere,\nho provato quindi ad utilizzare un altoparlante portatile autoamplificato (di\nquelli che si usano per iPod o computer portatili) e che ha funzionato. In\nmaniera simile sono riuscito ad utilizzare un altoparlante con amplificatore da\nchitarra elettrica (inserendo un trasformatore per aumentarne l’impedenza). Per\nrilevare il segnale bisogna semplicemente muovere un filo di metallo (senza\ntoccarlo con le mani, io ho usato una graffetta per fogli di carta appuntita)\nsulla superficie del minerale di pirite per trovare i punti in cui si manifesta\nil fenomeno di semiconduttivit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n
Quale bobina, ho avvolto 100 spire di filo di rame su\ndi un’anima di cartone per i rotoli di carta da cucina. Ho testato diversi tipi\ndi condensatore, e funzionavano pi\u00f9 o meno tutti allo stesso modo. Quale\nantenna ho usato un cavo per altoparlanti lungo circa 10-12 m, lasciando gli\nultimi 2-3 metri <\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Schema-crystal-radio-AM-con-nomi.jpg\")
Figura 25 – Ricevitore a onde medie <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
arrotolati (come una bobina). Per la messa a terra mi sono collegato\nalla terra della presa domestica.<\/p>\n\n\n\n
Questo tipo di radio \u00e8 dimensionata per captare le onde medie (MW)\ncon modulazione AM. Le stazioni radio che ricevevo io per\u00f2 sono trasmesse sulle\nonde ultracorte (UKW) con modulazione FM. Non mi spiegavo quindi come riuscissi\na riceverle. Dopo alcune ricerche ho scoperto che un’altra propriet\u00e0 delle\nradio a galena e di minerali simili \u00e8 di riuscire, attraverso il fenomeno di\n“slope detection” (vedi approfondimenti) a demodulare anche segnali\nin modulazione FM. Va inoltre detto che in Svizzera non ci sono pi\u00f9 stazioni\nradio con portante a onde medie e modulazione AM, e diventa quindi difficile\nascoltare qualcosa su quella banda. Dalla mia esperienza con le due radio\nvecchie presentate sopra, sulle onde medie si riceve qualche stazione estera\n(francesi e spagnole) la sera e di notte. Di giorno non si riceve praticamente\nnulla su questa banda.<\/p>\n\n\n\n
Ho quindi fatto ulteriori ricerche per valutare come fosse possibile\nmigliorare la ricezione delle stazioni trasmesse nella banda UKW (onde ultra\ncorte) e modulazione FM. <\/p>\n\n\n\n
Ho trovato su internet il progetto di una radio a galena ottimizzata\nper questo scopo[4]<\/a>.<\/p>\n\n\n\n <\/h2>\n\n\n\nEsperimento 13 – Ricevitore FM a\nonde ultracorte<\/a><\/h2>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Radio-FM-990x1024.jpg\")
Figura 26 – Ricevitore FM a pirite<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nHo\nmodificato il circuito come nella figura 27. La bobina di 100 spire utilizzata\nnell’esperimento 12 \u00e8 stata sostituita con una bobina di 5 spire. In generale,\nessendo l’obbiettivo la ricezione di onde molto pi\u00f9 corte, \u00e8 stato tutto\nridimensionato rendendolo pi\u00f9 piccolo. Anche l’antenna \u00e8 stata ridotta dai circa\n10 m di lunghezza iniziale a meno di un metro. Ho inizialmente collegato i\ncomponenti con cavetti coccodrillo, constatando che la ricezione era gi\u00e0 cos\u00ec\npi\u00f9 forte. Il problema principale era la poca selettivit\u00e0, si sentivano diverse\nstazioni tutte insieme. Ho allora saldato i componenti in modo da rendere il\nsistema pi\u00f9 stabile (figura 26). In questo modo sono riuscito ad aumentare la\nselettivit\u00e0. Dal circuito andavo con un cavo lungo circa 3-4 m\nall’amplificatore per chitarra elettrica. Muovendo questo cavo mi sono reso conto\nche fungeva da sintonizzatore. A dipendenza della forma e posizionamento\nspaziale del cavo, sono riuscito a ricevere singole stazioni con volume forte.\nAltre osservazioni sono state le seguenti: allungando l’antenna con cavetti\ncoccodrillo, vi erano notevoli differenze nella potenza del segnale ricevuto.\nLa lunghezza migliore per ricevere le stazioni che trasmettono intorno ai 105\nMHz era di 50-70 cm. Inoltre, se ero collegato all’amplificatore da chitarra il\ncollegamento con la terra di casa causava maggiori disturbi, mentre che se ero\ncollegato all’altoparlante autoamplificato per iPod il collegamento a terra\naumentava la potenza del segnale. Come verifica finale del fenomeno, ho provato\na ricevere con questa radio le scariche elettrostatiche della macchina di\nWimshurst, constatando che si sentivano bene a parecchi metri di distanza come accade\ncon la radio Biennophone.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Schema-crystal-radio-FM-con-nomi.jpg\")
Figura 27 – Schema del ricevitore FM <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
In generale, l’unica cosa che si pu\u00f2 fare per migliorare il segnale\n\u00e8 di provare varie configurazioni dei diversi parametri in gioco (lunghezza\ndell’antenna, posizione del cavo “sintonizzatore”, collegamento a\nterra, ecc.). Penso che in ogni luogo, ed a dipendenza del sistema di\namplificazione del segnale sonoro che si usa, bisogna sperimentare con varie\ncombinazioni. Il condensatore variabile da me utilizzato (figura 26) in realt\u00e0\nnon serviva quasi a nulla. Penso che l’estensione dei valori di capacit\u00e0 che\nquesto piccolo condensatore variabile (recuperato da una radio pi\u00f9 moderna) permette\nnon sia sufficiente a determinare valide variazioni di risonanza del circuito. Ci\nvorrebbe probabilmente un condensatore con variazione maggiore. Talvolta per\u00f2\nho constatato che quando ero gi\u00e0 sintonizzato su di una stazione radio, variando\nla capacit\u00e0 del condensatore variabile vi era un miglioramento leggero del\nsegnale.<\/p>\n\n\n\n
Dopo questi esperimenti sui ricevitori, mi rimaneva da costruire un\ntrasmettitore pi\u00f9 moderno basato su di un oscillatore che non fa uso di scariche\nelettrostatiche.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 14 – Oscillatore<\/a><\/h2>\n\n\n\nDopo diverse ricerche ho trovato lo schema di un oscillatore molto\nsemplice composto da 4 componenti[5]<\/a>. Ho\nsmontato alcuni componenti da vecchie radio e ho provato ad assemblare il\ncircuito con cavetti coccodrillo (vedi figura 28). Inizialmente non accadeva\nnulla. Ho mosso un po’ i vari cavi ed i componenti, e ad un certo punto il\ncircuito ha cominciato a produrre un suono. Muovendo i vari cavi o addirittura\nsolo avvicinando una mano al circuito, la frequenza del suono prodotto variava.\nIl circuito era estremamente instabile, ma si potevano comunque trovare\nposizioni dei vari cavi che permettevano la produzione di un suono. Ho\ncollegato il circuito alla terra di casa ed ho acceso la radio Biennophone che\nsi trovava in un altro locale. Sintonizzando la radio nella banda UKW (onde\nultra corte), sono riuscito a trovare una frequenza in cui dalla radio si\npoteva udire il suono prodotto dall’oscillatore nell’altra stanza. Se una\npersona si muoveva in prossimit\u00e0 dell’oscillatore variandone la frequenza audio\nprodotta, questa variazione era udibile anche nella radio. Da notare il fatto\nche se l’oscillatore non era collegato alla terra, non si udiva nulla nella\nradio. Ho quindi saldato i componenti nella speranza che in questo modo il circuito\ndiventasse pi\u00f9 stabile (figura 29). Questo \u00e8 stato parzialmente il caso, ma\nspostando l’oscillatore in altri luoghi non sono sempre riuscito a “farlo\npartire”. Coi componenti saldati inoltre non \u00e8 pi\u00f9 stato possibile\nricevere con la radio il suono prodotto. Penso ora che questo accade a causa\ndel fatto che, diminuendo le distanze tra i componenti, aumenta la frequenza\nradio di risonanza, uscendo in questo modo dalla banda di ricezione UKW (che\narriva in genere fino ai 108 MHz). Ho inoltre constatato che dopo alcune ore di\nsperimentazioni in prossimit\u00e0 del circuito si comincia a sentire una certa\npressione alla testa.<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Schema-oscillatore-con-nomi.jpg\")
Figura 28 – Schema dell’oscillatore <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Oscillatore-2-1024x703.jpg\")
Figura 29 – Oscillatore<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\nQuesto oscillatore sembra produrre due bande di oscillazione, una\nnella banda dei suoni udibili (< 20 kHz), l’altra nella banda delle\nfrequenze radio UKW (ca. 80-110 MHz). Ipotizzo che la banda udibile risulti da\nbattimenti prodotti nel circuito dalle onde UKW.<\/p>\n\n\n\n
Considerazioni<\/a> <\/h1>\n\n\n\nDopo quanto presentato in questo percorso sperimentale sulla radio,\nsi potrebbe continuare la ricerca investigando i sistemi di radio a valvole\ntermoioniche, quelle a transistor, quelle a microchip, il sistema eterodina e quello\nsupereterodina. Rimando ad un’eventuale futura pubblicazione per ulteriori\nricerche in questo campo. Penso che con quanto presentato possano essere\nsperimentati, studiati e approfonditi i fenomeni che hanno dato origine alla\nricerca ed agli sviluppi tecnologici della radio. Da quanto sono riuscito a\ncapire durante lo svolgimento di questa ricerca, diversi fenomeni sono ancora\noggi poco compresi. Il meccanismo esatto di funzionamento del coesore \u00e8 ancora,\ncome gi\u00e0 detto, poco chiaro. Il come e perch\u00e9 un pezzo di pirite sia in grado\ndi raddrizzare un segnale e demodularlo sia dalla modulazione AM che FM\nnecessita di ulteriori ricerche per essere chiarito bene. Quello che si\nconstata dalla sperimentazione \u00e8 che questi fenomeni accadono e sono stati\nutilizzati nei primi decenni di sviluppo delle tecnologie radio per\napplicazioni pratiche.<\/p>\n\n\n\n
Riassumendo quanto presentato, possiamo dire che:<\/p>\n\n\n\n
- Scariche elettrostatiche\ndeterminano fenomeni remoti rilevabili con il coesore o con radio che\nutilizzano tecnologie pi\u00f9 avanzate (radio a pirite, radio a valvole\ntermoioniche e radio a transistor);<\/li>
- Le antenne, o prolungamenti\ncostruiti con conduttori, applicate sia ai trasmettitori che ai ricevitori,\npermettono di amplificare il fenomeno e aumentarne la distanza di rilevazione;<\/li>
- Quando trasmettitori e\nricevitori sono sintonizzati su di una certa frequenza diventa possibile udire\nsegnali audio distinti e complessi (musica, parlato). La sintonizzazione pu\u00f2\navvenire tramite modifiche delle propriet\u00e0 fisiche e spaziali di parti del\ncircuito ricevitore (cfr. esperimento 13);<\/li>
- Alcuni minerali, come la galena\ne la pirite, hanno la propriet\u00e0 di raddrizzare e demodulare i segnali audio\ntrasmessi su di un’onda portante;<\/li><\/ul>\n\n\n\n
La rappresentazione dei fenomeni delle onde radio che mi sono\ncostruito attraverso questo percorso \u00e8 paragonabile a quella dei segnali\nsonori, e nello specifico alla generazione di suoni attraverso strumenti a\ncorda. <\/p>\n\n\n\n
Ricordo che la scarica elettrostatica appare come un impulso con\noscillazioni smorzate di svariate frequenze. Paragono queste scariche con il\npizzicare della corda di uno strumento. Una volta pizzicata la corda, questa\nrisuoner\u00e0 secondo le sue caratteristiche fisiche di lunghezza, tensione e\nspessore. Se uno di questi parametri cambia, cambier\u00e0 anche il suono prodotto,\nma in maniera indipendente dall’atto stesso di pizzicare (l’atto di pizzicare\nle corde di uno strumento come l’arpa varia molto poco da una corda all’altra,\ne principalmente solo perch\u00e9 le corde pi\u00f9 grosse necessitano di un po’ pi\u00f9 di\nforza). In maniera analoga, l’idea che mi sono fatto \u00e8 che la scarica\nelettrostatica fa risuonare il circuito elettrico alla frequenza che le sue\ncaratteristiche fisiche gli danno (propriet\u00e0 della bobina, propriet\u00e0 dei\ncondensatori, lunghezza e forma dell’antenna, ecc.). Queste caratteristiche\nfisiche faranno risaltare una delle tante frequenze che vengono generate\ndall’impulso iniziale. Il circuito ricevitore entrer\u00e0 in risonanza col\ntrasmettitore in maniera analoga ad un diapason che, se sintonizzato sulla\nstessa frequenza, risuoner\u00e0 attraverso una stanza al suono prodotto da un\ndiapason “trasmettitore”.<\/p>\n\n\n\n
Come una corda di un certo spessore non sar\u00e0 mai in grado di\nprodurre frequenze troppo lontane dalle sue possibilit\u00e0 di oscillazione, le\ncaratteristiche fisiche ed elettriche di un trasmettitore o di un ricevitore\nradio determineranno una banda di frequenze in cui vi \u00e8 possibilit\u00e0 di\noscillazione.<\/p>\n\n\n\n
Con questa analogia \u00e8 anche possibile spiegare i trasmettitori\nmoderni a oscillatore (senza scariche elettrostatiche). \u00c8 teoricamente\npensabile dare piccole spinte alla corda con frequenza pari alla frequenza di\nrisonanza della corda determinando in questo modo un aumento della sua oscillazione.\nIn questo senso si pensi all’altalena. Piccole spinte date al momento opportuno\n(in fase) determineranno un aumento graduale dell’oscillazione dell’altalena.\nRitengo che i trasmettitori che funzionano senza scariche elettrostatiche si\nbasino su di un principio analogo.<\/p>\n\n\n\n
Rimarrebbe da trattare la grande domanda sugli aspetti pi\u00f9 fisici\ndella trasmissione remota di impulsi ed informazioni. La scienza odierna parla\ndi onde elettromagnetiche che si propagano alla velocit\u00e0 della luce. La teoria\nprevede due onde trasversali accoppiate, una di tipo elettrico e l’altra di\ntipo magnetico. Queste onde viaggerebbero sullo stesso asse di propagazione ma\nruotate di 90\u00b0 l’una rispetto all’altra. La teoria in questione, che ha origine\ncon James Clerk Maxwell, sarebbe stata confermata sperimentalmente circa 20\nanni dopo la sua creazione da Heinrich Hertz. Essendo un tema di grande\ninteresse per me, mi sono procurato i rapporti originali degli esperimenti di\nHertz. Non andr\u00f2 nei dettagli perch\u00e9 non ho ancora terminato questa ricerca, ma\nda quanto ho potuto constatare fino ad ora, Hertz \u00e8 partito nei suoi\nesperimenti avendo bene in chiaro la teoria di Maxwell. Si attendeva quindi i\ndue campi, elettrico e magnetico, ruotati di 90\u00b0 l’uno rispetto all’altro, e riteneva\ndi avere dimostrato sperimentalmente questo fatto. Aggiungo solo la\nconstatazione che il fenomeno che gli ha permesso di rilevare questi due tipi\ndi campi \u00e8 esattamente lo stesso, e cio\u00e8 la scarica nello spinterometro di un\nricevitore a forma circolare (cfr. figura 8). Hertz ha constatato che in\nprossimit\u00e0 del trasmettitore queste scariche avvengono con forza massima quando\nl’asse del ricevitore circolare \u00e8 orizzontale con un orientamento specifico, e\nquando \u00e8 verticale. Ma in entrambi i casi il fenomeno \u00e8 sempre lo stesso. Intendo\nindagare ulteriormente queste ricerche per approfondire il fenomeno, ma penso\nche questo richieder\u00e0 lo studio degli scritti di Maxwell come pure di quelli di\nFaraday, dai cui esperimenti Maxwell \u00e8 partito per formulare la sua teoria.<\/p>\n\n\n\n
Concludo questo lavoro con un corto capitolo in cui vengono\ndescritti esperimenti particolari, sensazionali e poco compresi.
\n<\/strong><\/p>\n\n\n\nUlteriori esperimenti interessanti<\/a><\/h1>\n\n\n\nEsperimento 15 – Trasmissione di\nenergia senza fili<\/a><\/h2>\n\n\n\nSe si avvicina un tubo fluorescente (le classiche lampadine al neon)\nalla lampada al plasma descritta nell’esperimento 4f, questo si illumina senza\nnecessit\u00e0 di contatto fisico. Un fenomeno analogo avviene con ogni lampada al\nplasma che si trova in commercio. Se la lampada al plasma \u00e8 sufficientemente\npotente, \u00e8 possibile toccarne l’antenna con una mano e accendere il tubo\nfluorescente tenendolo nell’altra mano. Il fenomeno \u00e8 ancora pi\u00f9 evidente se si\navvicina il tubo a qualche oggetto metallico, o se viene tenuto in mano\nall’altra estremit\u00e0 da una seconda persona.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/plasma-ball-tubo-1024x602.jpg\")
Figura 30 – Lampada al plasma con tubo fluorescente <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 16 – Il magnete\nfluttuante<\/a><\/h2>\n\n\n\nFacendo cadere all’interno di un tubo di rame posizionato\nverticalmente un forte magnete al neodimio, questo cadr\u00e0 in maniera\nestremamente rallentata, fluttuando all’interno del tubo e impiegando molti\nsecondi per percorrere 1.5 m di lunghezza del tubo. I risultati migliori si\nhanno con un magnete cilindrico di diametro poco inferiore al diametro interno\ndel tubo.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 17 – Il ponte di acqua<\/a><\/h2>\n\n\n\nRiempiamo fino al bordo superiore due bicchieri di dimensioni uguali\ncon acqua distillata. Poniamoli uno a contatto dell’altro in un punto sul bordo\nsuperiore. Inseriamo in ogni bicchiere un elettrodo di ferro e colleghiamo i\ndue elettrodi ad un generatore di alte tensioni (almeno 25 kV a corrente\ncontinua). Si osserva un passaggio di acqua da un bicchiere all’altro. I\nbicchieri possono ora essere allontanati con cautela, e si osserver\u00e0 un\n“ponte di acqua” che collega i due bicchieri e che pu\u00f2 essere allungato\nfino a diversi cm.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Water-bridge-disegno-1024x499.jpg\")
Figura 31 – Ponte di acqua <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
<\/strong><\/p>\n\n\n\nApprofondimenti<\/a><\/h1>\n\n\n\nModulazione di ampiezza (AM)<\/a>[6]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\nModulare in ampiezza vuol dire far variare l’ampiezza di una\nportante a radiofrequenza secondo l’ampiezza di una modulante a bassa\nfrequenza.<\/p>\n\n\n\n
L’operazione di modulazione di ampiezza si effettua partendo da un\nsegnale elettrico prodotto da un oscillatore a radiofrequenza, cio\u00e8 alle\nfrequenze usualmente usate nelle trasmissioni radio che vanno dal megahertz in\nsu, e che costituisce la portante.<\/p>\n\n\n\n
Di questo ci si serve per portare, appunto, a distanza\nl’informazione racchiusa nel segnale a bassa frequenza detto modulante.<\/p>\n\n\n\n
Il segnale portante \u00e8 costituito da una sinusoide, mentre la\nmodulante \u00e8 un segnale analogico, che pu\u00f2 essere schematizzato, per semplicit\u00e0\ndi calcolo, in un’altra sinusoide, per effetto del teorema di Fourier per cui\nun qualsiasi segnale periodico od aperiodico, pu\u00f2 sempre considerarsi come la\nsomma di infinite sinusoidi.<\/p>\n\n\n\n
Nello schema seguente sono indicati i tre segnali: modulante, a\nbassa frequenza, portante, ad alta frequenza, modulato, con la frequenza della\nportante, ma l’ampiezza che varia secondo la modulante.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/modulazione.png\")
Figura 32 – Modulazione AM <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\nModulazione di frequenza (FM)<\/a>[7]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\nIn telecomunicazioni la modulazione di frequenza, sigla FM\n(dall’analogo termine inglese frequency modulation), \u00e8 una delle tecniche di\ntrasmissione utilizzate per trasmettere informazioni utilizzando la variazione\ndi frequenza dell’onda portante. Appartiene alle modulazioni ad onda continua,\novvero quelle che modulano una portante sinusoidale, e tra queste in\nparticolare appartiene a quelle che effettuano modulazione angolare (non\nlineare) dato che insiste sulla fase della portante. Nella FM vi \u00e8 un legame\nlineare tra deviazione di frequenza e messaggio.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/modulazion2.png\")
Figura 33 – Modulazione FM <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<\/p>\n\n\n\n
La FM consiste nel modulare la frequenza del segnale radio che si\nintende utilizzare per la trasmissione (detto portante) in maniera\nproporzionale all’ampiezza del segnale che si intende trasmettere (modulante).<\/p>\n\n\n\n
Rispetto alla modulazione di ampiezza, ha il vantaggio di essere\nmolto meno sensibile ai disturbi e di permettere una trasmissione di miglior\nqualit\u00e0. Ha inoltre un’efficienza energetica molto maggiore dato che la potenza\ndel segnale modulato FM \u00e8 esclusivamente quella della portante, il segnale di\ninformazione cio\u00e8 non richiede potenza aggiuntiva per essere trasmesso.<\/p>\n\n\n\n
Il difetto principale \u00e8 la necessit\u00e0 di circuiti molto pi\u00f9 complessi\nsia per la generazione del segnale da trasmettere che per la sua ricezione.\nL’attuale tecnologia ha permesso di superare agevolmente tali problematiche,\ncon il risultato che le trasmissioni in modulazione di frequenza sono sempre\npi\u00f9 usate a discapito di quelle a modulazione di ampiezza, soprattutto in\nambito di broadcasting commerciale.
\n<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\nLe bande di frequenza<\/a>[8]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\nFino al 1930 circa, la parte dello spettro delle onde radio sopra i\n30 MHz era praticamente vuota: non esistevano segnali prodotti dall’uomo. <\/p>\n\n\n\n
Ai giorni nostri, lo spettro delle frequenze radio \u00e8 estremamente\nsfruttato e viene per comodit\u00e0 diviso in varie bande di frequenza dai 3 kHz\ndelle frequenze molto basse (VLF) fino ai 300 GHz delle frequenze estremamente\nalte (EHF).<\/p>\n\n\n\n
Le bande di frequenza sono divise in base alle caratteristiche che\nne determinano l’impiego in certi settori piuttosto che in altri. <\/p>\n\n\n\n
Vediamo le bande di frequenza e descriviamo le caratteristiche delle\nvarie bande (ELF, VLF-MF, HF, VHF-UHF, SHF-EHF).<\/p>\n\n\n\n
ELF: Extremely low\nfrequency = frequenze estremamente basse<\/strong><\/p>\n\n\n\nFrequenze sotto i 3 kHz, corrispondenti a lunghezze d’onda superiori\nai 100 km.<\/p>\n\n\n\n
Queste onde sono usate nei sistemi di comunicazione per i\nsottomarini. L’acqua del mare presenta un assorbimento molto basso per onde tra\ni 5 e i 100 Hz.<\/p>\n\n\n\n
L’effetto di queste onde sulla salute umana \u00e8 sotto esame al\nmomento. Secondo alcuni studi preliminari le onde ELF e campi magnetici\noscillatori che si generano nelle vicinanze delle linee di trasmissione\nelettrica (o anche dalle coperte elettriche) possono avere effetti negativi\nsulla salute. Sono stati riportati casi nella letteratura scientifica medica\nper cui l’esposizione prolungata a campi magnetici di bassa intensit\u00e0 e di\nbassa frequenza pare potrebbe aumentare il rischio di leucemia, linfoma e\ntumori al cervello nei bambini. <\/p>\n\n\n\n
VLF-LF-MF: Very low\nfrequency, Low frequency, Medium frequency = Frequenze molto basse, frequenze\nbasse, frequenze medie <\/strong><\/p>\n\n\n\nFrequenze dai 3 kHz ai 3 MHz, ovvero lunghezze d’onda da 100 km a\n100 m.<\/p>\n\n\n\n
Queste bande di frequenze sono usate per servizi di tipo analogico a\nstretta larghezza di banda, impiegati nella navigazione radio a lunga distanza,\nnel telegrafo marittimo e i canali di soccorso (per l’SOS) e per le\ntrasmissioni radio AM (Amplitude Modulation).<\/p>\n\n\n\n
Poich\u00e8 la larghezza di banda per queste frequenze \u00e8 insufficiente,\nnon sono adatte per i servizi di telecomunicazioni a banda larga quali la\ntelevisione e le trasmissioni FM (Frequency Modulation). <\/p>\n\n\n\n
Come conseguenza dell’alta conduttivit\u00e0 dell’acqua salata, le\ncomunicazioni radio marittime nella banda VLF possono propagarsi come onde di\nsuperficie per migliaia di chilometri. <\/p>\n\n\n\n
La banda MF (medium frequency) e anche detta MW (medium waves= onde\nmedie)<\/p>\n\n\n\n
HF: High Frequency =\nfrequenze alte<\/strong><\/p>\n\n\n\nFrequenze dai 3 MHz ai 30 MHz, ovvero lunghezze d’onda da 100 ai 10\nm.<\/p>\n\n\n\n
La banda HF alternativamente chiamata anche SW (short waves= onde\ncorte).<\/p>\n\n\n\n
La maggior parte delle radio onde nella banda HF sono allocate ai\nservizi di telecomunicazione vocale tra punti fissi o mobili che necessitano di\nlarghezze di banda di meno di 12 kHz per la trasmissione.<\/p>\n\n\n\n
Le trasmissioni internazionali (onde corte) avvengono in questa\nbanda che \u00e8 stata suddivisa in sette bande tra 5.9 MHz e 26.1 MHz.<\/p>\n\n\n\n
Queste onde si possono propagare nonostante la curvatura della Terra\ne possono essere ricevute da apparecchi riceventi fuori dalla portata della\nlinea visuale diretta con gli apparecchi trasmittenti grazie alle propriet\u00e0\nriflettenti della ionosfera. <\/p>\n\n\n\n
A causa delle variazioni delle condizioni della ionosfera, le\ntrasmissioni in questa banda variano durante il giorno e durante l’anno. <\/p>\n\n\n\n
Di notte le comunicazioni fra posti lontani sono migliori, in quanto\nil solo strato ionosferico riflettente \u00e8 lo strato pi\u00f9 alto, il cosiddetto\nstrato F situato intorno ai 300 Km di altitudine, col minimo di interferenze e\nassorbimento dei segnali radio.<\/p>\n\n\n\n
Durante i massimi del ciclo undecennale delle macchie solari, la\nradiazione ultravioletta produce una maggiore densit\u00e0 di ioni e quindi degli\nulteriori strati ionizzati irregolari che possono persistere anche per parecchi\ngiorni. Questi fenomeni possono produrre disturbi nelle comunicazioni radio,\ncome anche la possibilit\u00e0 di comunicazioni di solito impossibili.<\/p>\n\n\n\n
VHF-UHF: Very High\nFrequency, Ultra High Frequency = frequenze molto alte, frequenze ultra alte<\/strong><\/p>\n\n\n\nFrequenze dai 30 MHz ai 3 GHz, ovvero lunghezze d’onda da 10 m ai 10\ncm.<\/p>\n\n\n\n
Le frequenze di questa banda sono ulteriormente suddivise in bande\nil cui uso \u00e8 stato regolamentato e allocato a vari servizi: alle trasmissioni\nradio FM, ai canali della televisione VHF e UHF. <\/p>\n\n\n\n
La maggior parte della banda UHF \u00e8 usata per i collegamenti a\nmicroonde e per la telefonia cellulare. <\/p>\n\n\n\n
Parte della banda \u00e8 anche usata per applicazioni di\nradio-navigazione (strumenti automatici di atterraggio), comunicazioni\nmilitari, e controlli radio per il traffico aereo. <\/p>\n\n\n\n
Le frequenze usate dai telefonini sono fra 824 e 894 MHz per il\nsistema analogico AMPS e fra 1.850 e 1.990 GHz per il sistema digitale GSM.<\/p>\n\n\n\n
La fascia tra i 1,227 e 1,575 GHz \u00e8 utilizzata per il sistema\nglobale di posizionamento (GPS) Navstar.<\/p>\n\n\n\n
Per completezza, anche se esula dal nostro argomento: ai sistemi di\nallarme e ai sistemi di apertura telecomandata di porte e simili sono state\nriservate le frequenze attorno ai 40 MHz.<\/p>\n\n\n\n
I radar del controllo del traffico aereo operano alle frequenze tra\ni 960 MHz e i 1,215 GHz. <\/p>\n\n\n\n
Contrariamente ai segnali HF, le onde radio VHF-UHF attraversano la\nionosfera senza venire riflesse e possono quindi venire usate per le\ntrasmissioni extraspaziali con i satelliti artificiali.<\/p>\n\n\n\n
Ad esempio, le comunicazioni con la stazione spaziale MIR sono fatte\nentro la banda di frequenza fra i 145 MHz e i 437 MHz.<\/p>\n\n\n\n
Infine le onde di questa banda possono anche essere usate per\ntrasmissioni terrestri oltre l’orizzonte utilizzando le irregolarit\u00e0 della\ntroposfera (la parte bassa dell’atmosfera). <\/p>\n\n\n\n
Queste irregolarit\u00e0 riflettono le onde in tutte le direzioni: i\nsegnali UHF si propagano in molte direzioni e quindi si disperdono su una vasta\narea, cosicch\u00e8 solo una frazione del segnale trasmesso viene ricevuto dal\nricevitore. Inoltre, le condizioni meteorologiche variabili fanno s\u00ec che il segnale\nsia parecchio attutito.<\/p>\n\n\n\n
L’assorbimento varia anche con la frequenza del segnale e dipende\nanche dal particolare percorso del segnale radio. Per questo motivo le\ntrasmissioni che dipendono crucialmente dalla diffrazione atmosferica fanno uso\ndi potenti trasmettitori, e di tecniche o combinazioni di tecniche atte a\nmassimizzare la qualit\u00e0 del segnale ricevuto a seconda del posto, del tempo e\ndelle frequenze usate. <\/p>\n\n\n\n
SHF-EHF: Super High\nFrequency, Extremely High Frequency = frequenze super alte, frequenze\nestremamente alte<\/strong><\/p>\n\n\n\nFrequenze dai 3 GHz ai 300 GHz, ovvero lunghezze d’onda da 10 cm a 1\nmm.<\/p>\n\n\n\n
Le onde di queste bande si propagano con forte degradazione del\nsegnale per attenuazione e per cause atmosferiche (vengono riflesse dalle gocce\ndi pioggia). Inoltre subiscono forti perdite di penetrazione, in particolare\nattorno a pareti ed edifici. <\/p>\n\n\n\n
Per questi motivi, queste bande di frequenze sono le bande meno\nusate per comunicazioni terrestri.<\/p>\n\n\n\n
Il vantaggio delle onde in queste bande \u00e8 che permettono larghezze\ndi banda di vari MHz, necessarie per le comunicazioni digitali ad alta velocit\u00e0\n(fino ad 1 Gigabit al secondo). <\/p>\n\n\n\n
La banda EHF in particolare viene utilizzata per comunicazioni fra\nsatelliti e per la radionavigazione satellitare, applicazioni per le quali l’attenuazione\natmosferica non \u00e8 molto limitante.<\/p>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/bande-1024x658.png\")
Figura 34 – Le bande di frequenza <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\nInduzione elettrostatica<\/a>[9]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\nL’induzione elettrostatica<\/strong> consiste\nnell’elettrizzazione dei corpi senza strofinio<\/strong>. Questo fenomeno \u00e8 dato\ndal bipolarismo, ovvero dalla presenza in natura di due cariche che si\ndifferenziano da un segno positivo o negativo<\/strong>, attraverso le quali \u00e8\npossibile creare un’attrazione se i segni sono opposti, oppure un respingimento<\/strong>\nse sono uguali. <\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/Elettroscopio.png\")
Figura 35 – Induzione elettrostatica in un elettroscopio <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\n
Induzione elettromagnetica<\/a>[10]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\nIn\nfisica<\/a>, in\nparticolare in elettromagnetismo<\/a>, la legge di Faraday<\/a> sull’elettromagnetismo, anche\nconosciuta come legge dell’induzione\nelettromagnetica, legge di\nFaraday-Neumann<\/a> o legge di Faraday-Henry<\/a>, \u00e8 una legge\nfisica<\/a> che descrive il fenomeno dell’induzione elettromagnetica, che si\nverifica quando il flusso<\/a> del campo\nmagnetico<\/a> attraverso la superficie delimitata da un circuito elettrico<\/a> \u00e8 variabile nel tempo. La\nlegge impone che nel circuito si generi una forza elettromotrice<\/a> indotta pari all’opposto\ndella variazione\ntemporale<\/a> del flusso.<\/p>\n\n\n\nTalvolta\n\u00e8 detta anche legge di Faraday-Neumann-Lenz<\/a>,\nper il fatto che la legge di Lenz<\/a><\/em> \u00e8 un suo corollario<\/a>.[1]<\/a><\/sup><\/p>\n\n\n\nIl\nfenomeno dell’Induzione elettromagnetica \u00e8 stato scoperto e codificato in legge\nnel 1831<\/a> dal fisico\ninglese Michael Faraday ed \u00e8 attualmente alla base del funzionamento dei comuni\nmotori elettrici<\/a>, alternatori<\/a>,\ngeneratori elettrici<\/a>, trasformatori<\/a>,\naltoparlanti\nmagnetodinamici<\/a>, testine fonografiche<\/a>, microfoni\ndinamici<\/a>, pick-up per chitarra magnetici<\/a>, etc.<\/p>\n\n\n\nAssieme\nalla legge di Amp\u00e8re-Maxwell<\/a>, a essa potenzialmente\nsimmetrica, correla i fenomeni elettrici con quelli magnetici nel caso non\nstazionario: entrambe sono il punto di forza del passaggio dalle equazioni di Maxwell<\/a> al campo elettromagnetico<\/a>.<\/p>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/mirkokulig.com\/wp-content\/uploads\/2019\/08\/induzione-elettromagnetica.png\")
Figura 36 – Induzione elettromagnetica in un solenoide <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
La lettura di\npartenza \u00e8 stato il libro \u201cFelder, Wellen un Zerfall\u201d (Campi, onde e\ndecadimento) pubblicato dal Lehrerseminar f\u00fcr Waldorfp\u00e4dagogik di Kassel\n(seminario di pedagogia Waldorf di Kassel). In questo libro viene proposto un\npercorso che elabora i seguenti argomenti:<\/p>\n\n\n\n
- Campi elettrici (elettrostatica)<\/li>
- Induzione magnetica<\/li>
- Oscillazioni e onde<\/li>
- Radiazioni<\/li>
- Radioattivit\u00e0<\/li>
- Tecnica dei neutroni<\/li><\/ul>\n\n\n\n
In\nconsiderazione della corta durata dell’epoca (2 settimane), era stato deciso di\ntrattare solo il tema delle onde radio. Ho comunque letto il libro intero\napprezzandone molto i contenuti.<\/p>\n\n\n\n
Essendo in\npossesso di una macchina elettrostatica di Wimshurst, durante la preparazione\ndell’epoca l’ho riesumata dai miei armadi e mi sono divertito un po’ facendo i\nclassici esperimenti di elettrostatica (scariche elettriche, moti rotatori,\n\u201cvento\u201d eletttrico, ecc.). Il tema delle onde radio \u00e8 gi\u00e0 da anni tema di\ngrande interesse per me, ed ho letto molte pubblicazioni alternative,\nsoprattutto su Nikola Tesla e coloro che hanno seguito le sue orme, onde\ncercare di comprenderne l’origine, le dinamiche e le possibili applicazioni.\nMalgrado tutte queste letture, mi era ancora poco chiaro il fenomeno originario\nda cui lo studio delle onde radio aveva avuto inizio.<\/p>\n\n\n\n
Ritengo che il\ncontenuto di questa pubblicazione porti luce sulle origini e le manifestazioni\ndel fenomeno contribuendo in questo modo a fare chiarezza su una delle\ntecnologie fondamentali per il mondo d’oggi (ricordo che la radio, la\ntelevisione, i cellulari, il GPS, il Wifi, ecc. sono tutte tecnologie che\nfunzionano utilizzando le onde radio).<\/p>\n\n\n\n
Sono cosciente\nche questo lavoro \u00e8 da ritenersi incompleto, e se quanto presentato pu\u00f2 forse\napparire ovvio per radioamatori ed esperti del settore, penso tuttavia che\npossa fornire spunti di comprensione anche per insegnanti di fisica ed in\ngenere per chi \u00e8 interessato alla comprensione del fenomeno delle onde radio. <\/p>\n\n\n\n
Non sono a\nconoscenza di altre pubblicazioni che presentano il fenomeno nel modo in cui\nverr\u00e0 tentato di fare in questo libro. Tenter\u00f2 di limitare il pi\u00f9 possibile la\npresentazione delle teorie oggi vigenti concentrandomi sull’esposizione degli\nesperimenti eseguiti ed il percorso storico-scientifico che l’uomo ha fatto nel\nprocesso di scoperta del fenomeno delle onde radio e delle sue applicazioni.<\/p>\n\n\n\n
Mirko\nKulig, gennaio 2016
\n<\/strong><\/p>\n\n\n\nI primi trasmettitori: le scariche\nelettrostatiche e le scariche elettriche<\/a> <\/h1>\n\n\n\n
Figura 1 – Macchina di wimshurst<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Durante il percorso di preparazione\ndell’epoca, una sera ho avuto l’idea di provare a vedere se le scariche\nelettrostatiche della macchina di Wimshurst potessero essere in qualche modo\nrilevate con una radio. Da qualche mese avevo in casa una vecchia radio a\nvalvole di mia nonna (Biennophone modello Gandria del 1966) che tenevo pi\u00f9 per\nestetica e per malinconia di quando la sentivo cantare da bambino a casa di mia\nnonna, che per utilit\u00e0 pratica (ascolto molto raramente la radio).<\/p>\n\n\n\n
Per chi non conoscesse il\nfunzionamento della macchina di Wimshurst, includo una breve descrizione. Sul\nretro della macchina (non visibile nella foto) c’\u00e8 una manovella girando la\nquale si mettono in rotazione i due dischi di plexiglas su cui sono montate le\nplacchette di metallo. Mentre i dischi stanno ruotando, ad intervalli regolari\nsi osservano scariche elettrostatiche tra i due elettrodi (la frequenza delle\nscariche dipende dalla distanza degli elettrodi, che \u00e8 regolabile). I due\ncontenitori trasparenti che si osservano nella foto sono bottiglie di Leida,\naccumulatori di carica che permettono scariche pi\u00f9 grandi e potenti.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 1 – Rumori nella radio<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Figura 2 – Radio Biennophone Gandria 1966<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Ho\nacceso la radio, ho atteso i 20-30 secondi che necessitano le valvole per\nscaldarsi e cominciare a funzionare correttamente, ho cercato una stazione\nradio ed ho posizionato la macchina di Wimshurst davanti alla radio (a circa 20\ncm). Ruotando i dischi della macchina di Wimshurst e alzando molto il volume\ndella radio, si udiva un debole rumore di interferenza gracchiante, come tanti\npiccoli scoppiettii. Non si riusciva a capire se le singole scariche\nelettrostatiche forti (gli elettrodi erano posizionati a circa 1 cm l’uno\ndall’altro) avessero o no un volume pi\u00f9 alto del rumore di interferenza di\nfondo.<\/p>\n\n\n\n
Parzialmente soddisfatto da questa prova, ho cercato su internet se\nvi era qualche altro ricercatore che avesse fatto esperimenti con una radio e\nla macchina di Wimshurst. Ho effettivamente trovato un ricercatore che ha fatto\nesperimenti di questo tipo, e che sostiene che le scariche elettrostatiche si\nodono molto pi\u00f9 forti se si seleziona la banda delle onde medie.<\/p>\n\n\n\n
Sono tornato alla mia radio e ho cercato di comprendere quale era\nl’impostazione giusta. La radio possiede 4 tasti denominati nel seguente modo:\nLW, MW, KW, UKW. Una rapida ricerca su internet ha fornito la seguente spiegazione:\n<\/p>\n\n\n\n
- LW significa in tedesco\nLangwellen, o onde lunghe, e sulla radio stessa \u00e8 indicata la banda di\nfrequenze che va da 150 kHz (kilohertz) ) a 350 kHz.<\/li>
- MW significa Mittelwellen, o\nonde medie, e corrisponde alla banda che va da 550 kHz a 1600 kHz.<\/li>
- KW significa Kurzwellen, o onde\ncorte, e corrisponde alla banda che va da 6 MHz (megahertz) a 18 MHz.<\/li>
- UKW significa Ultrakurzwellen,\no onde ultracorte, e corrisponde alla banda che va da 87 MHz a 104 Mhz.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Vi \u00e8 poi un’altra differenza importante. Le trasmissioni su onde\nlunghe (LW), medie e corte avvengono con modulazione AM (Amplitude Modulation,\no modulazione d’ampiezza), mentre le trasmissioni su onde ultracorte (UKW) avvengono\nin modulazione FM (Frequency Modulation, o modulazione di frequenza). Negli\napprofondimenti alla fine del libro si trovano ulteriori indicazioni sulle\nmodulazioni AM e FM. Quello che si constata \u00e8 che sulla banda delle onde\nultracorte con modulazione FM si trova una grande scelta di emittenti, e la qualit\u00e0\ndel suono \u00e8 da buona ad ottima. Sulle\naltre bande si trovano relativamente poche emittenti, tendenzialmente di pi\u00f9 la\nsera e di notte che durante il giorno, sono quasi sempre in lingua straniera\n(ho rilevato emittenti in spagnolo) con qualit\u00e0 sonora bassa. Negli\napprofondimenti ho incluso ulteriori informazioni in merito alle bande.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 2 – Interferenze forti<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Figura 3 – Esperimenti 1 e 2<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Ho\nschiacciato il pulsante LW (onde lunghe) della radio e ho fatto girare i dischi\ndella macchina elettrostatiche. Gi\u00e0 a basse rivoluzioni, prima che vi fosse un’effettiva\nscarica elettrostatica tra gli elettrodi, si sentiva un gran frastuono\nproveniente dall’altoparlante della radio. Selezionando il tasto MW (onde\nmedie) il frastuono diventava, a parit\u00e0 di volume, ancora pi\u00f9 forte. Selezionando\nil tasto KW (onde corte) il frastuono c’era ancora ma pi\u00f9 debole che con le\nbande LW e MW. Il frastuono era udibile indipendentemente dalla sintonizzazione\nfine della radio (girando la manopola di sintonizzazione).<\/p>\n\n\n\n
In nessuna banda era possibile sentire una differenza in\ncorrispondenza delle scariche elettrostatiche tra gli elettrodi. Soprattutto\nnella banda MW, era sufficiente far fare ai dischi della macchina\nelettrostatica una piccola frazione di giro per sentire l’interferenza nella\nradio. <\/p>\n\n\n\n
<\/h2>\n\n\n\n
Esperimento 3 – Interferenze a\ndistanza<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Ho quindi selezionato il tasto MW che dava i risultati migliori, ed\nho allontanato la macchina a circa 4 m dalla radio. Girando i dischi della\nmacchina elettrostatica si udiva ancora solo un leggero rumore di fondo, ma si\npoteva sentire un colpo secco proveniente dalla radio in corrispondenza alle\nscariche tra gli elettrodi. Questa distanza \u00e8 stata portata fino a circa 9 m\n(massima estensione del mio salotto) e, seppur pi\u00f9 debole, era sempre ancora\npossibile sentire il colpo secco nella radio in corrispondenza delle scariche\nelettrostatiche.<\/p>\n\n\n\n
Figura 4 – Interferenze a distanza<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Durante queste prove ho fatto le seguenti 2 osservazioni\ninteressanti:<\/p>\n\n\n\n
- alcune scariche\n elettrostatiche non si udivano, o si udivano ad un volume pi\u00f9 basso nella\n radio rispetto ad altre scariche.<\/li>
- aumentando la\n distanza tra gli elettrodi e producendo in questo modo scariche pi\u00f9 forti\n e pi\u00f9 lunghe non si constatava necessariamente un aumento del volume di\n ricezione. Le scariche che venivano rilevate dalla radio col massimo\n volume erano in corrispondenza ad una distanza di circa 1 cm tra gli\n elettrodi.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
La spiegazione di questi fenomeni non \u00e8 ovvia. Ne parler\u00f2 ancora pi\u00f9\navanti. <\/p>\n\n\n\n
Ho quindi proseguito con altri esperimenti di rilevazione con la\nradio.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 4 – Varie fonti di\ninterferenza<\/a><\/h2>\n\n\n\n
- Strofinando una bacchetta di\nPVC con un panno di lana in prossimit\u00e0 della radio sintonizzata sulla banda MW,\nsi possono udire rumori di scariche provenienti dalla radio.<\/li>
- Premendo il tasto di un\naccendino piezoelettrico (quelli che fanno la scintilla elettrica, senza pietra\nfocaia) in prossimit\u00e0 della radio sintonizzata sulla banda MW, si pu\u00f2 udire il\nrumore delle scariche dall’altoparlante della radio.<\/li>
- Ho montato in prossimit\u00e0 della\nradio un piccolo circuito composto da batteria di automobile (12 V), due cavi e\nla lampadina di un fanale frontale (circa 100 W). Quando il circuito era chiuso\n(e la lampadina accesa) non si udiva nulla nella radio, ma muovendo uno dei\ncavi sul polo della batteria, si sentivano delle interferenze nella radio.<\/li>
- Talvolta accendendo o spegnendo\nun interruttore della luce domestica \u00e8 possibile udire un’interferenza nella\nradio.<\/li>
- Ponendo un motore elettrico\nacceso qualsiasi (io ho provato un motore da monopattino elettrico da 24 V ed\nun aspirapolvere) in prossimit\u00e0 della radio, si pu\u00f2 udire un rumore proveniente\ndall’altoparlante della radio simile a quello di un motore.<\/li>
- Possiedo una lampada al plasma\nin cui si \u00e8 rotta la sfera esterna ed \u00e8 rimasta l’antenna interna. Accendendola\nvicino alla radio, si pu\u00f2 sentire un grande frastuono dall’altoparlante della\nradio quando si \u00e8 sintonizzati su LW o MW. Facendo una sintonizzazione fine\ndella radio, si constata che vi sono frequenze in cui il frastuono \u00e8 maggiore\nche in altre. Muovendo la mano o un oggetto in prossimit\u00e0 della lampada, il\nrumore rilevato dalla radio subisce modulazioni. Si possono sentire leggere\ninterferenze anche con la radio sintonizzata su KW. Allontanando la lampada\ndalla radio e cercando di sintonizzarsi con la radio, si possono trovare\nfrequenze (nel mio caso a 220 kHz) in cui \u00e8 rilevabile un’interferenza della\nlampada al plasma fino a 5 m di distanza. Avvicinando la mano o un altro\noggetto alla lampada al plasma, si possono udire nella radio modulazioni dell’interferenza.<\/li>
- Avvicinando un oggetto di\nmetallo all’antenna (interna) posizionata dietro al pannello frontale della\nradio sopra i comandi quando questa \u00e8 sintonizzata sulla banda MW, si pu\u00f2\nsentire un aumento dell’interferenza. Lo stesso accade con magneti, Compact\nDisk e la mano stessa del corpo umano.<\/li>
- Computer portatili, smartphone\ne tablet, se avvicinati all’antenna interna della radio, provocano un gran\nfrastuono.<\/li><\/ol>\n\n\n\n
Figura 5 – Varie fonti di interferenza <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/h2>\n\n\n\n
Per riassumere quanto osservato, possiamo dire che:<\/p>\n\n\n\n
- Scariche elettriche ed\nelettrostatiche possono essere rilevate come segnale sonoro da una radio. La\ndistinzione tra scariche elettriche ed elettrostatiche qui intesa \u00e8 in base al\nvoltaggio. Le scariche elettrostatiche sono tipicamente nell’ordine delle\nmigliaia o decine di migliaia di Volt, mentre quelle elettriche si manifestano\nsotto i 1000 Volt (cfr. esperimento della batteria da auto e dell’interruttore\ndella luce). La rilevazione \u00e8 molto pi\u00f9 evidente nelle bande LW, MW e KW\nrispetto alla banda UKW. Tra queste, la banda che d\u00e0 i migliori risultati in\ntermini di volume \u00e8 la banda MW.<\/li>
- Apparecchi che contengono\nmotori elettrici sono rilevabili dalla radio come segnale sonoro quando si\ntrovano in prossimit\u00e0 della radio.<\/li>
- Oggetti di vario genere,\ncompreso il corpo umano, possono essere rilevati dalla radio quando si trovano\nmolto vicini all’antenna della radio.<\/li>
- Apparecchi elettronici sono\nrilevabili dalla radio quando si trovano in prossimit\u00e0 dell’antenna.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Va specificato che quando si preme il tasto per accendere la luce di\ncasa, tra i collegamenti interni dell’interruttore si crea spesso una\nscintilla. Lo stesso vale se si collega una lampadina ad una batteria da auto\nmolto carica. In questo ultimo caso comunque, la rilevazione nella radio \u00e8\nudibile anche quando non vi \u00e8 alcuna scintilla osservabile. Raggruppo questi\nfenomeni nella stessa categoria di quelli che producono scariche\nelettrostatiche perch\u00e9, seppure possiedano voltaggi molto diversi, manifestano\nlo stesso fenomeno di scarica.<\/p>\n\n\n\n
Le lampade al plasma funzionano tipicamente con onde elettriche di\nfrequenza intorno ai 35 kHz e ampiezza di 2-5 kV. Non sorprende quindi che\npossano essere rilevate dalla radio, anche se la loro frequenza operativa \u00e8\nnettamente al di sotto delle frequenze per cui \u00e8 predisposta la radio.<\/p>\n\n\n\n
In generale, i fenomeni descritti fino a qui che si manifestano in\nprossimit\u00e0 della radio potrebbero essere spiegati con l’induzione\nelettrostatica (bacchetta di PVC, macchina elettrostatica vicina alla radio, oggetto\nmetallico vicino all’antenna, ecc.) o l’induzione elettromagnetica (motori\nelettrici). Rimando agli approfondimenti alla fine del libro per una\ndescrizione pi\u00f9 accurata di questi due fenomeni.<\/p>\n\n\n\n
La rilevazione delle scariche elettrostatiche a 9 m di distanza per\u00f2\nnon pu\u00f2 essere spiegata attraverso l’induzione elettrostatica o elettromagnetica.\nA mia conoscenza, non \u00e8 pensabile avere effetti di questo genere a cos\u00ec grande\ndistanza con i voltaggi generati da una macchina di Wimshurst.<\/p>\n\n\n\n
Ho quindi fatto alcune ricerche sui primi sperimentatori che si sono\noccupati delle onde radio per verificare se qualcuno avesse studiato i fenomeni\nqui descritti.<\/p>\n\n\n\n
Breve storia degli esordi delle\nricerche sulle onde radio<\/a><\/h1>\n\n\n\n
I fenomeni di induzione elettrostatica e di induzione\nelettromagnetica e la relazione esistente tra elettricit\u00e0 e magnetismo erano\ngi\u00e0 conosciuti prima del 1850 grazie alle ricerche di numerosi scienziati, tra\ncui Von Guericke, Franklin, Volta, Galvani, Amp\u00e8re, Ohm, Oersted, Faraday,\nLenz, ecc.<\/p>\n\n\n\n
Nel 1865 Maxwell pubblic\u00f2 la sua teoria sull’elettromagnetismo in\ncui veniva postulata l’idea che le onde elettromagnetiche viaggiassero nello\nspazio alla velocit\u00e0 della luce. Fino a questo punto, il fenomeno delle onde\nelettromagnetiche con effetti a grande distanza non era ancora stato osservato\nufficialmente da nessuno.<\/p>\n\n\n\n
Figura 6 – Trasmettitore di Hertz. Ai due fili veniva collegato un rocchetto di Ruhmkorff<\/em> <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Figura 7 – Ricevitore di Hertz<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Nel\n1879 David Edward Hughes, mentre lavorava su una forma primitiva di metal\ndetector, not\u00f2 che un contatto elettrico non perfetto produceva delle piccole\nscintille in corrispondenza di scariche elettriche. Dopo aver lavorato per\nperfezionare il ricevitore, riusc\u00ec a captare le scariche fino a 460 m di\ndistanza dalla sorgente. Nel 1880 mostr\u00f2 le sue scoperte alla Royal Society che\nper\u00f2, visto che Hughes non era un fisico, giustific\u00f2 il fenomeno come semplice\ninduzione elettromagnetica.<\/p>\n\n\n\n
Figura 8 – Apparecchi di Hertz per la trasmissione e la ricezione<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Nel 1886, Ernst Heinrich Hertz not\u00f2 che se scaricava una bottiglia\ndi Leida in una spirale di Riess (una specie di bobina a forma di spirale), si\nproduceva una scintilla tra i poli di una seconda spirale di Riess. Svilupp\u00f2\nquindi un trasmettitore composto da due fili lunghi 1 m posti sullo stesso asse,\nalle cui estremit\u00e0 esterne erano poste due sfere capacitive di 30 cm di\ndiametro e alle cui estremit\u00e0 interne erano poste due sferette a piccola distanza\nl’una dall’altra (figura 6). <\/p>\n\n\n\n
Applicando un rocchetto di Ruhmkorff (generatore di impulsi ad alta\ntensione) ai due fili, tra le loro estremit\u00e0 interne si creavano scariche\nelettriche (spinterometro[1]<\/a>).\nQuale ricevitore utilizz\u00f2 un filo a forma di cerchio con una piccola apertura (figura\n7). Nel ricevitore si potevano osservare piccole scariche elettriche\nattraversare l’apertura dello spinterometro in corrispondenza a quelle prodotte\ndal trasmettitore.<\/p>\n\n\n\n
In figura 8 \u00e8 rappresentato lo schema utilizzato da Hertz.<\/p>\n\n\n\n
Figura 9 – Diagramma di un tipico trasmettitore a spinterometro<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Da quanto riportato fino a qui, risulta quindi che non solo il\nfenomeno di rilevazione remota delle scariche elettrostatiche era conosciuto,\nma \u00e8 stato il fenomeno da cui sono partite le ricerche.<\/p>\n\n\n\n
In conseguenza delle ricerche di Hertz e altri, nei primi trent’anni\ndella storia dei sistemi di trasmissione a onde radio il metodo utilizzato per\nla trasmissione si basava sullo spinterometro. In figura 9 ho incluso lo schema\ntipico di un trasmettitore di quei tempi.<\/p>\n\n\n\n
Osservando i componenti inclusi nel diagramma della figura 9, si constata\nche diversi elementi sono presenti anche nella macchina di Wimshurst, infatti\nabbiamo:<\/p>\n\n\n\n
- un generatore di alta tensione\n(rocchetto di Ruhmkorff nel diagramma, dischi rotanti nella macchina di\nWimshurst)<\/li>
- uno spinterometro (gli\nelettrodi della macchina di Wimshurst)<\/li>
- le bottiglie di Leida (presenti\nnella macchina di Wimshurst)<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Rimaneva poco chiaro perch\u00e9 una scarica elettrostatica era\nrilevabile con una radio sintonizzata su frequenze specifiche (e quindi\n“sensibile” unicamente a onde che giungono sulla frequenza\nsintonizzata). Lo spunto per una possibile spiegazione mi \u00e8 giunto dallo studio\ndelle anomalie indicate sopra e che ripeto per chiarezza:<\/p>\n\n\n\n
- alcune scariche\n elettrostatiche non si udivano, o si udivano ad un volume pi\u00f9 basso nella\n radio rispetto ad altre scariche.<\/li>
- aumentando la\n distanza tra gli elettrodi e producendo in questo modo scariche pi\u00f9 forti\n e pi\u00f9 lunghe non si constatava necessariamente un aumento del volume di\n ricezione. Le scariche che venivano rilevate dalla radio col massimo\n volume erano in corrispondenza ad una distanza di circa 1 cm tra gli\n elettrodi.<\/li><\/ul>\n\n\n\n
Le scariche elettrostatiche possono essere paragonate ad impulsi.\nMentre giriamo i dischi della macchina elettrostatica, la differenza di\npotenziale tra gli elettrodi aumenta sempre pi\u00f9 fino a che si annulla di colpo\nattraverso la scarica elettrostatica. Dalle mie conoscenze dei fenomeni sonori,\npenso che abbia a che fare con la natura stessa di un impulso. La registrazione\nsonora del rumore prodotto da una scarica elettrostatica (impulso sonoro) ha\nquesta forma:<\/p>\n\n\n\n
Figura 10 – Registrazione sonora di una scarica elettrostatica <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Ricordo che quest’onda rappresenta l’onda sonora associata alla\nscarica elettrostatica, non la scarica stessa. Potrebbe inoltre contenere degli\nechi della stanza, e la mostro solo a titolo indicativo.<\/p>\n\n\n\n
Quello che si osserva, comunque, \u00e8 che il suono della scarica non \u00e8\nun picco isolato, ma ha una coda che segue il picco. La coda oscillante \u00e8\ncomposta da diverse frequenze smorzate.<\/p>\n\n\n\n
Da alcune ricerche sull’argomento, ho trovato un articolo accademico[2]<\/a> in\ncui \u00e8 stato tentato di misurare la forma d’onda elettrica di una scarica elettrica\ndi 2 kV (kilovolt). L’operazione di misura \u00e8 difficile perch\u00e9 qualsiasi\napparecchio rilevatore collegato agli elettrodi avr\u00e0 una sua reazione alla\nscarica, cambiandone in questo modo la forma d’onda. Comunque, le diverse prove\ndescritte nell’articolo sembrano dare indicazioni che anche a livello elettrico\nsuccede qualcosa di simile a quanto mostrato per la registrazione sonora.\nIncludo una delle loro rilevazioni a titolo indicativo (scarica di 2 kV).<\/p>\n\n\n\n
Figura 11 – Grafico di una scarica di 2 kV <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Da ulteriori ricerche sugli impulsi elettromagnetici, risulta che un\nimpulso comprende tipicamente molte frequenze, a partire da 0 Hz fino ad un\nvalore definito. Questo fatto era gi\u00e0 stato mostrato dal fisico tedesco Berend\nWilhelm Feddersen nel 1859. Attraverso lo studio delle scariche prodotte da una\nbottiglia di Leida, mostr\u00f2 come ogni scarica era composta da oscillazioni\nsmorzate. Queste osservazioni spiegherebbero la rilevazione delle scariche\nelettrostatiche nelle tre bande LW, MW e KW. Per spiegare le due osservazioni\nanomale, avanzo quindi l’ipotesi che a dipendenza della distanza degli elettrodi,\nvi saranno pi\u00f9 o meno frequenze nell’impulso corrispondenti alla banda su cui \u00e8\nsintonizzata la radio, e che non ogni scarica genera sempre le stesse frequenze\n(per questo alcune scariche non sono quasi rilevate dalla radio). Ulteriore\nricerca \u00e8 per\u00f2 necessaria per confermare queste ipotesi.<\/p>\n\n\n\n
Dopo questo lavoro di sperimentazione e ricerca che mi aveva\npermesso di comprendere quali sono i meccanismi di generazione di onde radio, mi\nsono poi concentrato sui meccanismi di rilevazione.<\/p>\n\n\n\n
I primi ricevitori<\/a><\/h1>\n\n\n\n
Esperimento 5 – Ricevitore a\nbobina<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Collegando i due poli di una bobina con 10 spire e 10 cm di diametro\nad una lampadina a LED, tenendola davanti alla macchina elettrostatica e\nspegnendo la luce si pu\u00f2 osservare, in corrispondenza alle scariche elettrostatiche,\nuna leggera illuminazione della lampadina a LED. Il fenomeno \u00e8 osservabile fino\nad una distanza di 80 cm dagli elettrodi. L’illuminazione \u00e8 pi\u00f9 evidente se\nl’asse della bobina \u00e8 direzionato verso gli elettrodi.<\/p>\n\n\n\n
Figura 12 – Ricevitore a bobina <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Sul libro del seminario di Kassel veniva proposta la realizzazione\ndi un ricevitore con un componente chiamato coesore (Koh\u00e4rer in tedesco). Non\navendo mai sentito parlare di questo componente, ho fatto alcune ricerche in\nmerito ed ho deciso di provare a realizzarne uno.<\/p>\n\n\n\n
La costruzione si \u00e8 dimostrata alquanto facile. Ho preso un pezzo di\ntubo di gomma flessibile trasparente di circa 1 cm di diametro esterno e circa\n5-8 cm di lunghezza, ho scelto due viti che potevano essere avvitate nel tubo e\nho limato una lastra di rame per ottenere della polvere fine di rame. Ho quindi\navvitato una vite nel tubo, ho inserito la polvere di rame e ho avvitato la\nseconda vite all’altra estremit\u00e0 del tubo lasciando uno spazio tra le due viti\nin cui era contenuta la polvere di rame. Nella figura 13 ho incluso la\nfotografia di due coesori che ho realizzato (uno con limatura di rame ed uno\ncon limatura di ferro).<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 6 – Il coesore<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Figura 13 – Coesori<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Ho realizzato un piccolo circuito composto da tre batterie AAA, una\nlampadina a LED ed il coesore (figura 14). Dopo aver tarato il coesore\n(avvitando e svitando una delle viti), il circuito, in condizioni di riposo,\nera aperto (LED spento). Facendo girare i dischi della macchina elettrostatica\nin prossimit\u00e0 del circuito, la lampadina LED si accendeva quasi immediatamente\n(prima delle scariche forti). Era poi necessario dare un colpetto con la mano\nal coesore per far spegnere il LED, ed il processo poteva essere ripetuto.\nAllontanando di qualche metro il circuito dalla macchina elettrostatica, la\nlampadina LED si accendeva solo in corrispondenza delle scariche forti tra gli\nelettrodi. Non ho constatato differenze di rilievo tra i due coesori costruiti\nl’uno con polvere di rame e l’altro con polvere di ferro. Durante la taratura\nho osservato che se le due viti erano troppo vicine, il coesore si accendeva da\nsolo (prima di qualsiasi scarica elettrostatica), mentre se erano troppo\nlontane non si accendeva del tutto. Dopo varie prove ho raggiunto un buon\nfunzionamento con 5-6 mm di distanza tra le viti e una quantit\u00e0 di polvere\nmetallica sufficiente a riempire circa fino a met\u00e0 lo spazio tra le viti.\nUn’altra osservazione \u00e8 stata che quando la luce LED si accende in\ncorrispondenza delle scariche elettrostatiche, non sempre essa si accende del\ntutto. Talvolta si osserva prima una luce debole che con ulteriori scariche\nelettrostatiche giunge poi alla piena luminosit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n
Figura 14 – Ricevitore a coesore <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Figura 15 – Rilevatore di scariche elettriche di Branly<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Dopo questo esperimento ho cercato informazioni su come erano fatti\ni primi rilevatori di onde radio, e nello specifico il coesore.<\/p>\n\n\n\n
Il ricevitore utilizzato da Hertz si componeva di una spira di filo\ndi rame con un’apertura attraverso la quale si osservavano piccole scintille.<\/p>\n\n\n\n
Gi\u00e0 nel 1835 lo scienziato svedese Peter Samuel Munk aveva osservato\nche in una miscela di polveri di metalli si manifestava un cambiamento di\nresistenza quando in prossimit\u00e0 veniva scaricata una bottiglia di Leida. Nel\n1866 Samuel Alfred Varley aveva utilizzato una propriet\u00e0 simile per creare uno\nscaricatore di fulmini sulle linee telegrafiche. L’apparato consisteva in due\npunte metalliche inserite in un contenitore tra le quali veniva posta polvere\ndi carbone. Una delle punte veniva collegata all’impianto telegrafico e l’altra\nveniva messa a terra. Ai voltaggi normali del telegrafo l’apparato si\ncomportava come un isolante (non metteva a terra). Nel caso in cui un fulmine\ncolpiva la linea telegrafica, l’apparato diventava conduttore e scaricava a\nterra il fulmine, salvaguardando in questo modo i componenti elettrici\ndell’impianto. Nel 1879 Hughes aveva osservato che i granuli metallici dei\nmicrofoni che stava sviluppando rispondevano a scariche elettriche generate in\nprossimit\u00e0. L’italiano Temistocle Calzecchi-Onesti pubblic\u00f2 tra il 1884 ed il\n1886 una serie di articoli scientifici in cui riportava i suoi esperimenti\nsulla conduttivit\u00e0 di polveri di metalli. Riport\u00f2 che la polvere di rame\ninserita tra due elettrodi di ottone conduceva corrente quando si applicavano\nvoltaggi agli elettrodi. Scopr\u00ec inoltre che diverse polveri metalliche\ndiventavano conduttive in corrispondenza a scariche elettriche. Questo ultimo\nfenomeno era osservabile anche ad una certa distanza dalle scariche elettriche.<\/p>\n\n\n\n
Figura 16 – Coesore di Marconi. Nel tubo di vetro veniva creato un vuoto parziale. Gli elettrodi erano di argento e la polvere era composta da una mistura di argento e nickel<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Il\nfisico francese Edouard Branly pubblic\u00f2 nel 1890 il resoconto delle sue\nricerche sul comportamento anomalo di polveri metalliche in presenza di\nscariche elettriche. Riusc\u00ec a rilevare le scariche con uno strumento simile al\ncoesore in un’altra stanza a circa 20 metri di distanza. Negli anni che seguirono\nil fenomeno fu studiato da diversi scienziati e venne coniato il termine\ncoherer (coesore). L’ipotesi che il coesore reagisse alle onde hertziane\ndivenne sempre pi\u00f9 una certezza, e nel 1895 Guglielmo Marconi costru\u00ec un\nsistema di telegrafia senza fili che utilizzava onde hertziane ed il cui ricevitore\nera basato sul coesore. Negli anni seguenti e fino al 1907 il coesore fu il\nprincipale componente nei ricevitori di telegrafia senza fili, e fu impiegato\nnel famoso esperimento di Marconi del 1901 in cui riusc\u00ec a trasmettere senza\nfili la lettera S dell’alfabeto Morse (3 punti) dall’Inghilterra al continente\namericano (circa 3500 km di distanza). Anche se rimangono dubbi sulla realt\u00e0 di\nquesta prima trasmissione, l’anno seguente Marconi fece numerose prove ben\ndocumentate la cui validit\u00e0 non \u00e8 messa in discussione.<\/p>\n\n\n\n
\u00c8 interessante notare che il coesore, una volta attivato dalle\nscariche elettrostatiche, rimane poi attivo (conduttivo) e necessita di un\ncolpo meccanico per ritornare allo stato non conduttivo. I ricevitori a coesore\nincludevano quindi un meccanismo che tramite un relais dava un colpetto al\ncoesore onde renderlo nuovamente non-conduttivo non appena veniva rilevato un\nsegnale (figura 17).<\/p>\n\n\n\n
\u00c8 interessante sapere che il principio di funzionamento del coesore\nnon \u00e8 ancora capito bene. Viene ipotizzato un processo di microsaldature tra le\nparticelle di metallo durante la rilevazione di radio onde, ma questa rimane\nun’ipotesi.<\/p>\n\n\n\n
Figura 17 – Schema del ricevitore di telegrafia senza fili con coesore (A). Si noti il sistema di relais (F) e martelletto (B) che “azzerava” il coesore<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Antenne<\/a><\/h1>\n\n\n\n
Esperimento 7 – Amplificazione con\nantenne<\/a><\/h2>\n\n\n\n
- Se osserviamo con attenzione\nl’accendino piezoelettrico dell’esperimento 4b, vediamo che premendo il tasto\nsi crea una scintilla tra un elemento metallico interno e l’armatura esterna\ndell’accendino. Se colleghiamo un cavetto coccodrillo[3]<\/a>\nall’elemento metallico interno dell’accendino (dove nasce la scintilla),\nosserviamo che diventa possibile rilevare la scintilla con la radio ad una\ndistanza di diversi metri maggiore a quanto si poteva fare senza cavetto.<\/li>
- Se proviamo a premere il tasto\ndell’accendino piezoelettrico in prossimit\u00e0 del circuito con coesore\ndell’esperimento 6, non accade nulla. Se all’accendino applichiamo il cavo\ncoccodrillo come nell’esperimento 7a, \u00e8 possibile trovare posizioni\nnell’intorno del circuito in cui il coesore si attiva facendo accendere la lampadina\nLED.<\/li>
- Se ora colleghiamo due cavetti\ncoccodrillo di 50 cm di lunghezza alle due estremit\u00e0 del coesore e li\nposizioniamo orizzontalmente allargandoli (figura 18) diventa possibile\nrilevare col coesore la scarica dell’accendino a diversi metri di distanza\n(fino a 5-6 m).<\/li>
- Ripetendo l’esperimento 6 con\nla macchina elettrostatica ma col circuito del coesore modificato come\nnell’esperimento 7c, diventa possibile rilevare le scariche forti della\nmacchina fino a 10 m di distanza con una parete in mezzo.<\/li><\/ol>\n\n\n\n
Figura 18 – Coesore e trasmettitore con antenne (esperimento 7c) <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Esperimento 8 – Antenna di Hertz\napplicata alla macchina elettrostatica<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Ho creato una primitiva antenna su ispirazione dell’esperimento di\nHertz descritto sopra. Alle estremit\u00e0 di una sbarra di legno lunga 1 m ho\napplicato due sfere di metallo di 10 cm di diametro. Le due sfere sono state\ncollegate tramite cavetti coccodrillo una ad un elettrodo della macchina\nelettrostatica, l’altra all’altro elettrodo. La sbarra \u00e8 stata posta in\nposizione orizzontale. Girando i dischi della macchina elettrostatica, sono\nriuscito a rilevare le scariche elettrostatiche con la radio Biennophone a 15 m\ndi distanza attraverso 2 pareti.<\/p>\n\n\n\n
Figura 19 – Radio portatile Hitachi del 1967<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Onde\nindagare ulteriormente il fenomeno di amplificazione che sembrava manifestarsi\napplicando prolungamenti di metallo (cavetti coccodrillo, sfere di metallo) sia\na trasmettitori che ricevitori, avevo bisogno di una radio mobile.<\/p>\n\n\n\n
Cercando negli armadi di casa mia ho trovato una vecchia radio\nHitachi a transistor portatile del 1967. Questa radio funziona solo nelle due\nbande LW e MW. Ho subito verificato che, quando era impostata sulle onde MW,\nera in grado di rilevare le scariche della macchina elettrostatica in maniera\nsimile alla radio Biennophone.<\/p>\n\n\n\n
<\/h2>\n\n\n\n
Esperimento 9 – Ricezione fuori\ncasa<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Una persona faceva girare i dischi della macchina elettrostatica con\ngli elettrodi collegati all’antenna a dipolo dell’esperimento 8. Sono uscito di\ncasa e mi sono allontanato. Sintonizzando la radio quando perdevo il segnale \u00e8\nstato possibile rilevare le scariche elettrostatiche fino a oltre 20 m di\ndistanza dalla macchina attraverso 3 pareti.<\/p>\n\n\n\n
Figura 20 – Trasmettitore con antenna dipolo <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Ho poi fatto delle ricerche per valutare i diversi tipi di antenne\nche esistono. Oltre al tipo gi\u00e0 descritto ed utilizzato da Hertz nei suoi primi\nesperimenti, chiamata antenna a dipolo, esiste una gran quantit\u00e0 di tipologie\ndi antenne diverse. Un altro tipo di antenna alquanto diffuso \u00e8 la cosiddetta\nantenna monopolo o antenna Marconi. In questo tipo di antenna, un polo del\ntrasmettitore \u00e8 collegato ad un conduttore verticale e l’altro \u00e8 collegato a\nterra (detto piano di terra). A differenza dell’antenna dipolo che \u00e8 posta in\nposizione orizzontale, questa antenna si sviluppa sulla verticale.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 10 – Ricezione remota\ncon antenna monopolo<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Ho collegato un elettrodo della macchina elettrostatica ad un\ncavetto coccodrillo lungo circa 70 cm e terminante in una sfera di metallo di\n10 cm di diametro. Ho fissato la sfera ad una sbarra di legno posizionata in\nverticale. Ho collegato l’altro elettrodo della macchina elettrostatica con un\ncavo alla terra della presa elettrica di casa (in Svizzera \u00e8 il buco centrale\ndei tre poli). Attenzione: se si sbaglia il collegamento e si sceglie la fase\nc’\u00e8 pericolo di vita! Ho ripetuto l’esperimento 9 con questo impianto. Con un\npo’ di sintonizzazione fine sulla radio Hitachi portatile, sono riuscito a\nrilevare le scariche della macchina elettrostatica a 80 m di distanza fuori\ncasa.<\/p>\n\n\n\n
Figura 21 – Trasmettitore con antenna monopolo <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Esperimento 11 – Dip meter<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Possiedo uno strumento che si chiama Dip meter.\nIn poche parole, \u00e8 un piccolo generatore di frequenze radio sintonizzabile su\ntante bande (da alcuni kHz fino a 250 MHz) che si utilizza per dimensionare\ncircuiti oscillanti. Avvicinandolo alla radio e sintonizzando la stessa\nfrequenza (in UKW) sulla radio come pure sul dip meter, si sente un suono\nnitido proveniente dalla radio. Allontanandolo di qualche decimetro il suono si\nattenua molto. Se per\u00f2 si avvicina il Dip Meter ad oggetti di metallo lunghi da\nalcuni decimetri ad alcuni metri presenti nella stanza, il suono nitido ritorna\npi\u00f9 forte ed \u00e8 rilevabile anche a diversi metri di distanza.<\/p>\n\n\n\n
Figura 22 – Dip meter <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Riassumendo i risultati degli esperimenti sulle antenne, possiamo\ndire che prolungamenti di metallo amplificano notevolmente il segnale delle\nscariche elettrostatiche, permettendone la ricezione a distanze molto maggiori\nche quando non si utilizza nulla. <\/p>\n\n\n\n
La seconda generazione di\nricevitori e trasmettitori<\/a><\/h1>\n\n\n\n
Dopo aver con successo ripercorso le origini dello sviluppo della\nradio con trasmettitori a spinterometro e ricevitori a coesore, mi era chiaro\nche la limitazione di questa tecnologia \u00e8 il fatto che \u00e8 difficile trasmettere\nsegnali sonori. Infatti agli inizi dello sviluppo della tecnologia radio\nvenivano trasmessi solo segnali in codice Morse. Entro pochi decenni per\u00f2\nl’evoluzione della radio ha portato rapidamente alla trasmissione e alla\nricezione di segnali audio. <\/p>\n\n\n\n
Un tipo di ricevitore relativamente facile da costruire era la radio\na galena, sviluppata nella prima decade del 1900 da J. C. Bose e G. W. Pickard.\nI primi prototipi venivano utilizzati per rilevare i segnali Morse dei\ntrasmettitori a spinterometro. La galena (minerale a base di piombo) come pure\naltri minerali (per es. la pirite) hanno propriet\u00e0 rettificanti e quindi si\nadattano bene anche per demodulare segnali audio trasmessi su di una frequenza\nportante (AM). Questo tipo di radio erano radio passive, non possedevano\nsistemi di amplificazione. Nei primi 30 anni del 1900 si diffusero ampiamente\nperch\u00e9 facili da costruire. Il governo americano distribu\u00ec pure delle\npubblicazioni in cui veniva spiegato come costruirle. Versioni ancora pi\u00f9\nsemplici vennero sviluppate dai soldati durante la seconda guerra mondiale\nutilizzando una lametta da barba arrugginita che manifestava propriet\u00e0 simili\nalla galena e una matita a graffite.<\/p>\n\n\n\n
In figura 23 ho incluso una foto del meccanismo a “baffo di\ngatto” (dall’inglese Cat’s whisker) con cui funzionavano le radio a\ngalena. Un filo di materiale conduttore veniva mosso sulla galena per trovare\nquei punti del minerale che manifestavano propriet\u00e0 semiconduttive (vedi approfondimento\nsul semiconduttore).<\/p>\n\n\n\n
Figura 23 – Rilevatore a “baffo di gatto”<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n In figura 24 una ricostruzione della radio Foxhole, con lametta da\nbarba e matita a graffite, utilizzata durante la seconda guerra mondiale dai\nsoldati.<\/p>\n\n\n\n
Figura 24 – Ricostruzione della radio Foxhole<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Ispirandomi a questi modelli, ho quindi cercato di costruire una\nprimitiva radio ricevente.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 12 – Ricevitore a onde\nmedie<\/a><\/h2>\n\n\n\n
In figura 25 ho incluso lo schema da me costruito. Ho tentato a\nlungo di captare qualche stazione radio prima con una lametta da barba scaldata\nper alcuni secondi fino all’incandescenza, poi con un pezzo di lamiera zincata\nsottoposta ad un trattamento simile (metodologie apprese da radioamatori e\nhobbisti su internet). Si riusciva talvolta ad udire qualcosa, ma il segnale\nera molto debole ed instabile. Pi\u00f9 per disperazione che per altro, ho poi\nprovato con un pezzo di pirite che avevo in casa. <\/p>\n\n\n\n
Con mia grande sorpresa sono riuscito a captare diverse stazioni\nradio. Talvolta la ricezione era cos\u00ec buona da riuscire a comprendere le parole\nche venivano dette e a riconoscere la musica. Il problema pi\u00f9 grosso era che la\nprimitiva radio sembrava ricevere diverse stazioni tutte insieme. Non avendo un\nsistema di amplificazione, i modelli originali prevedavano l’utilizzo di un\nauricolare ad alta impedenza (> di 2000 Ohm), in uso fino agli anni ’70 ma\ncaduti in disuso nel frattempo. Non possedendo un auricolare di questo genere,\nho provato quindi ad utilizzare un altoparlante portatile autoamplificato (di\nquelli che si usano per iPod o computer portatili) e che ha funzionato. In\nmaniera simile sono riuscito ad utilizzare un altoparlante con amplificatore da\nchitarra elettrica (inserendo un trasformatore per aumentarne l’impedenza). Per\nrilevare il segnale bisogna semplicemente muovere un filo di metallo (senza\ntoccarlo con le mani, io ho usato una graffetta per fogli di carta appuntita)\nsulla superficie del minerale di pirite per trovare i punti in cui si manifesta\nil fenomeno di semiconduttivit\u00e0.<\/p>\n\n\n\n
Quale bobina, ho avvolto 100 spire di filo di rame su\ndi un’anima di cartone per i rotoli di carta da cucina. Ho testato diversi tipi\ndi condensatore, e funzionavano pi\u00f9 o meno tutti allo stesso modo. Quale\nantenna ho usato un cavo per altoparlanti lungo circa 10-12 m, lasciando gli\nultimi 2-3 metri <\/p>\n\n\n\n
Figura 25 – Ricevitore a onde medie <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
arrotolati (come una bobina). Per la messa a terra mi sono collegato\nalla terra della presa domestica.<\/p>\n\n\n\n
Questo tipo di radio \u00e8 dimensionata per captare le onde medie (MW)\ncon modulazione AM. Le stazioni radio che ricevevo io per\u00f2 sono trasmesse sulle\nonde ultracorte (UKW) con modulazione FM. Non mi spiegavo quindi come riuscissi\na riceverle. Dopo alcune ricerche ho scoperto che un’altra propriet\u00e0 delle\nradio a galena e di minerali simili \u00e8 di riuscire, attraverso il fenomeno di\n“slope detection” (vedi approfondimenti) a demodulare anche segnali\nin modulazione FM. Va inoltre detto che in Svizzera non ci sono pi\u00f9 stazioni\nradio con portante a onde medie e modulazione AM, e diventa quindi difficile\nascoltare qualcosa su quella banda. Dalla mia esperienza con le due radio\nvecchie presentate sopra, sulle onde medie si riceve qualche stazione estera\n(francesi e spagnole) la sera e di notte. Di giorno non si riceve praticamente\nnulla su questa banda.<\/p>\n\n\n\n
Ho quindi fatto ulteriori ricerche per valutare come fosse possibile\nmigliorare la ricezione delle stazioni trasmesse nella banda UKW (onde ultra\ncorte) e modulazione FM. <\/p>\n\n\n\n
Ho trovato su internet il progetto di una radio a galena ottimizzata\nper questo scopo[4]<\/a>.<\/p>\n\n\n\n
<\/h2>\n\n\n\n
Esperimento 13 – Ricevitore FM a\nonde ultracorte<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Figura 26 – Ricevitore FM a pirite<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Ho\nmodificato il circuito come nella figura 27. La bobina di 100 spire utilizzata\nnell’esperimento 12 \u00e8 stata sostituita con una bobina di 5 spire. In generale,\nessendo l’obbiettivo la ricezione di onde molto pi\u00f9 corte, \u00e8 stato tutto\nridimensionato rendendolo pi\u00f9 piccolo. Anche l’antenna \u00e8 stata ridotta dai circa\n10 m di lunghezza iniziale a meno di un metro. Ho inizialmente collegato i\ncomponenti con cavetti coccodrillo, constatando che la ricezione era gi\u00e0 cos\u00ec\npi\u00f9 forte. Il problema principale era la poca selettivit\u00e0, si sentivano diverse\nstazioni tutte insieme. Ho allora saldato i componenti in modo da rendere il\nsistema pi\u00f9 stabile (figura 26). In questo modo sono riuscito ad aumentare la\nselettivit\u00e0. Dal circuito andavo con un cavo lungo circa 3-4 m\nall’amplificatore per chitarra elettrica. Muovendo questo cavo mi sono reso conto\nche fungeva da sintonizzatore. A dipendenza della forma e posizionamento\nspaziale del cavo, sono riuscito a ricevere singole stazioni con volume forte.\nAltre osservazioni sono state le seguenti: allungando l’antenna con cavetti\ncoccodrillo, vi erano notevoli differenze nella potenza del segnale ricevuto.\nLa lunghezza migliore per ricevere le stazioni che trasmettono intorno ai 105\nMHz era di 50-70 cm. Inoltre, se ero collegato all’amplificatore da chitarra il\ncollegamento con la terra di casa causava maggiori disturbi, mentre che se ero\ncollegato all’altoparlante autoamplificato per iPod il collegamento a terra\naumentava la potenza del segnale. Come verifica finale del fenomeno, ho provato\na ricevere con questa radio le scariche elettrostatiche della macchina di\nWimshurst, constatando che si sentivano bene a parecchi metri di distanza come accade\ncon la radio Biennophone.<\/p>\n\n\n\n
Figura 27 – Schema del ricevitore FM <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
In generale, l’unica cosa che si pu\u00f2 fare per migliorare il segnale\n\u00e8 di provare varie configurazioni dei diversi parametri in gioco (lunghezza\ndell’antenna, posizione del cavo “sintonizzatore”, collegamento a\nterra, ecc.). Penso che in ogni luogo, ed a dipendenza del sistema di\namplificazione del segnale sonoro che si usa, bisogna sperimentare con varie\ncombinazioni. Il condensatore variabile da me utilizzato (figura 26) in realt\u00e0\nnon serviva quasi a nulla. Penso che l’estensione dei valori di capacit\u00e0 che\nquesto piccolo condensatore variabile (recuperato da una radio pi\u00f9 moderna) permette\nnon sia sufficiente a determinare valide variazioni di risonanza del circuito. Ci\nvorrebbe probabilmente un condensatore con variazione maggiore. Talvolta per\u00f2\nho constatato che quando ero gi\u00e0 sintonizzato su di una stazione radio, variando\nla capacit\u00e0 del condensatore variabile vi era un miglioramento leggero del\nsegnale.<\/p>\n\n\n\n
Dopo questi esperimenti sui ricevitori, mi rimaneva da costruire un\ntrasmettitore pi\u00f9 moderno basato su di un oscillatore che non fa uso di scariche\nelettrostatiche.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 14 – Oscillatore<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Dopo diverse ricerche ho trovato lo schema di un oscillatore molto\nsemplice composto da 4 componenti[5]<\/a>. Ho\nsmontato alcuni componenti da vecchie radio e ho provato ad assemblare il\ncircuito con cavetti coccodrillo (vedi figura 28). Inizialmente non accadeva\nnulla. Ho mosso un po’ i vari cavi ed i componenti, e ad un certo punto il\ncircuito ha cominciato a produrre un suono. Muovendo i vari cavi o addirittura\nsolo avvicinando una mano al circuito, la frequenza del suono prodotto variava.\nIl circuito era estremamente instabile, ma si potevano comunque trovare\nposizioni dei vari cavi che permettevano la produzione di un suono. Ho\ncollegato il circuito alla terra di casa ed ho acceso la radio Biennophone che\nsi trovava in un altro locale. Sintonizzando la radio nella banda UKW (onde\nultra corte), sono riuscito a trovare una frequenza in cui dalla radio si\npoteva udire il suono prodotto dall’oscillatore nell’altra stanza. Se una\npersona si muoveva in prossimit\u00e0 dell’oscillatore variandone la frequenza audio\nprodotta, questa variazione era udibile anche nella radio. Da notare il fatto\nche se l’oscillatore non era collegato alla terra, non si udiva nulla nella\nradio. Ho quindi saldato i componenti nella speranza che in questo modo il circuito\ndiventasse pi\u00f9 stabile (figura 29). Questo \u00e8 stato parzialmente il caso, ma\nspostando l’oscillatore in altri luoghi non sono sempre riuscito a “farlo\npartire”. Coi componenti saldati inoltre non \u00e8 pi\u00f9 stato possibile\nricevere con la radio il suono prodotto. Penso ora che questo accade a causa\ndel fatto che, diminuendo le distanze tra i componenti, aumenta la frequenza\nradio di risonanza, uscendo in questo modo dalla banda di ricezione UKW (che\narriva in genere fino ai 108 MHz). Ho inoltre constatato che dopo alcune ore di\nsperimentazioni in prossimit\u00e0 del circuito si comincia a sentire una certa\npressione alla testa.<\/p>\n\n\n\n
Figura 28 – Schema dell’oscillatore <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Figura 29 – Oscillatore<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n Questo oscillatore sembra produrre due bande di oscillazione, una\nnella banda dei suoni udibili (< 20 kHz), l’altra nella banda delle\nfrequenze radio UKW (ca. 80-110 MHz). Ipotizzo che la banda udibile risulti da\nbattimenti prodotti nel circuito dalle onde UKW.<\/p>\n\n\n\n
Considerazioni<\/a> <\/h1>\n\n\n\n
Dopo quanto presentato in questo percorso sperimentale sulla radio,\nsi potrebbe continuare la ricerca investigando i sistemi di radio a valvole\ntermoioniche, quelle a transistor, quelle a microchip, il sistema eterodina e quello\nsupereterodina. Rimando ad un’eventuale futura pubblicazione per ulteriori\nricerche in questo campo. Penso che con quanto presentato possano essere\nsperimentati, studiati e approfonditi i fenomeni che hanno dato origine alla\nricerca ed agli sviluppi tecnologici della radio. Da quanto sono riuscito a\ncapire durante lo svolgimento di questa ricerca, diversi fenomeni sono ancora\noggi poco compresi. Il meccanismo esatto di funzionamento del coesore \u00e8 ancora,\ncome gi\u00e0 detto, poco chiaro. Il come e perch\u00e9 un pezzo di pirite sia in grado\ndi raddrizzare un segnale e demodularlo sia dalla modulazione AM che FM\nnecessita di ulteriori ricerche per essere chiarito bene. Quello che si\nconstata dalla sperimentazione \u00e8 che questi fenomeni accadono e sono stati\nutilizzati nei primi decenni di sviluppo delle tecnologie radio per\napplicazioni pratiche.<\/p>\n\n\n\n
Riassumendo quanto presentato, possiamo dire che:<\/p>\n\n\n\n
- Scariche elettrostatiche\ndeterminano fenomeni remoti rilevabili con il coesore o con radio che\nutilizzano tecnologie pi\u00f9 avanzate (radio a pirite, radio a valvole\ntermoioniche e radio a transistor);<\/li>
- Le antenne, o prolungamenti\ncostruiti con conduttori, applicate sia ai trasmettitori che ai ricevitori,\npermettono di amplificare il fenomeno e aumentarne la distanza di rilevazione;<\/li>
- Quando trasmettitori e\nricevitori sono sintonizzati su di una certa frequenza diventa possibile udire\nsegnali audio distinti e complessi (musica, parlato). La sintonizzazione pu\u00f2\navvenire tramite modifiche delle propriet\u00e0 fisiche e spaziali di parti del\ncircuito ricevitore (cfr. esperimento 13);<\/li>
- Alcuni minerali, come la galena\ne la pirite, hanno la propriet\u00e0 di raddrizzare e demodulare i segnali audio\ntrasmessi su di un’onda portante;<\/li><\/ul>\n\n\n\n
La rappresentazione dei fenomeni delle onde radio che mi sono\ncostruito attraverso questo percorso \u00e8 paragonabile a quella dei segnali\nsonori, e nello specifico alla generazione di suoni attraverso strumenti a\ncorda. <\/p>\n\n\n\n
Ricordo che la scarica elettrostatica appare come un impulso con\noscillazioni smorzate di svariate frequenze. Paragono queste scariche con il\npizzicare della corda di uno strumento. Una volta pizzicata la corda, questa\nrisuoner\u00e0 secondo le sue caratteristiche fisiche di lunghezza, tensione e\nspessore. Se uno di questi parametri cambia, cambier\u00e0 anche il suono prodotto,\nma in maniera indipendente dall’atto stesso di pizzicare (l’atto di pizzicare\nle corde di uno strumento come l’arpa varia molto poco da una corda all’altra,\ne principalmente solo perch\u00e9 le corde pi\u00f9 grosse necessitano di un po’ pi\u00f9 di\nforza). In maniera analoga, l’idea che mi sono fatto \u00e8 che la scarica\nelettrostatica fa risuonare il circuito elettrico alla frequenza che le sue\ncaratteristiche fisiche gli danno (propriet\u00e0 della bobina, propriet\u00e0 dei\ncondensatori, lunghezza e forma dell’antenna, ecc.). Queste caratteristiche\nfisiche faranno risaltare una delle tante frequenze che vengono generate\ndall’impulso iniziale. Il circuito ricevitore entrer\u00e0 in risonanza col\ntrasmettitore in maniera analoga ad un diapason che, se sintonizzato sulla\nstessa frequenza, risuoner\u00e0 attraverso una stanza al suono prodotto da un\ndiapason “trasmettitore”.<\/p>\n\n\n\n
Come una corda di un certo spessore non sar\u00e0 mai in grado di\nprodurre frequenze troppo lontane dalle sue possibilit\u00e0 di oscillazione, le\ncaratteristiche fisiche ed elettriche di un trasmettitore o di un ricevitore\nradio determineranno una banda di frequenze in cui vi \u00e8 possibilit\u00e0 di\noscillazione.<\/p>\n\n\n\n
Con questa analogia \u00e8 anche possibile spiegare i trasmettitori\nmoderni a oscillatore (senza scariche elettrostatiche). \u00c8 teoricamente\npensabile dare piccole spinte alla corda con frequenza pari alla frequenza di\nrisonanza della corda determinando in questo modo un aumento della sua oscillazione.\nIn questo senso si pensi all’altalena. Piccole spinte date al momento opportuno\n(in fase) determineranno un aumento graduale dell’oscillazione dell’altalena.\nRitengo che i trasmettitori che funzionano senza scariche elettrostatiche si\nbasino su di un principio analogo.<\/p>\n\n\n\n
Rimarrebbe da trattare la grande domanda sugli aspetti pi\u00f9 fisici\ndella trasmissione remota di impulsi ed informazioni. La scienza odierna parla\ndi onde elettromagnetiche che si propagano alla velocit\u00e0 della luce. La teoria\nprevede due onde trasversali accoppiate, una di tipo elettrico e l’altra di\ntipo magnetico. Queste onde viaggerebbero sullo stesso asse di propagazione ma\nruotate di 90\u00b0 l’una rispetto all’altra. La teoria in questione, che ha origine\ncon James Clerk Maxwell, sarebbe stata confermata sperimentalmente circa 20\nanni dopo la sua creazione da Heinrich Hertz. Essendo un tema di grande\ninteresse per me, mi sono procurato i rapporti originali degli esperimenti di\nHertz. Non andr\u00f2 nei dettagli perch\u00e9 non ho ancora terminato questa ricerca, ma\nda quanto ho potuto constatare fino ad ora, Hertz \u00e8 partito nei suoi\nesperimenti avendo bene in chiaro la teoria di Maxwell. Si attendeva quindi i\ndue campi, elettrico e magnetico, ruotati di 90\u00b0 l’uno rispetto all’altro, e riteneva\ndi avere dimostrato sperimentalmente questo fatto. Aggiungo solo la\nconstatazione che il fenomeno che gli ha permesso di rilevare questi due tipi\ndi campi \u00e8 esattamente lo stesso, e cio\u00e8 la scarica nello spinterometro di un\nricevitore a forma circolare (cfr. figura 8). Hertz ha constatato che in\nprossimit\u00e0 del trasmettitore queste scariche avvengono con forza massima quando\nl’asse del ricevitore circolare \u00e8 orizzontale con un orientamento specifico, e\nquando \u00e8 verticale. Ma in entrambi i casi il fenomeno \u00e8 sempre lo stesso. Intendo\nindagare ulteriormente queste ricerche per approfondire il fenomeno, ma penso\nche questo richieder\u00e0 lo studio degli scritti di Maxwell come pure di quelli di\nFaraday, dai cui esperimenti Maxwell \u00e8 partito per formulare la sua teoria.<\/p>\n\n\n\n
Concludo questo lavoro con un corto capitolo in cui vengono\ndescritti esperimenti particolari, sensazionali e poco compresi.
\n<\/strong><\/p>\n\n\n\nUlteriori esperimenti interessanti<\/a><\/h1>\n\n\n\n
Esperimento 15 – Trasmissione di\nenergia senza fili<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Se si avvicina un tubo fluorescente (le classiche lampadine al neon)\nalla lampada al plasma descritta nell’esperimento 4f, questo si illumina senza\nnecessit\u00e0 di contatto fisico. Un fenomeno analogo avviene con ogni lampada al\nplasma che si trova in commercio. Se la lampada al plasma \u00e8 sufficientemente\npotente, \u00e8 possibile toccarne l’antenna con una mano e accendere il tubo\nfluorescente tenendolo nell’altra mano. Il fenomeno \u00e8 ancora pi\u00f9 evidente se si\navvicina il tubo a qualche oggetto metallico, o se viene tenuto in mano\nall’altra estremit\u00e0 da una seconda persona.<\/p>\n\n\n\n
Figura 30 – Lampada al plasma con tubo fluorescente <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
Esperimento 16 – Il magnete\nfluttuante<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Facendo cadere all’interno di un tubo di rame posizionato\nverticalmente un forte magnete al neodimio, questo cadr\u00e0 in maniera\nestremamente rallentata, fluttuando all’interno del tubo e impiegando molti\nsecondi per percorrere 1.5 m di lunghezza del tubo. I risultati migliori si\nhanno con un magnete cilindrico di diametro poco inferiore al diametro interno\ndel tubo.<\/p>\n\n\n\n
Esperimento 17 – Il ponte di acqua<\/a><\/h2>\n\n\n\n
Riempiamo fino al bordo superiore due bicchieri di dimensioni uguali\ncon acqua distillata. Poniamoli uno a contatto dell’altro in un punto sul bordo\nsuperiore. Inseriamo in ogni bicchiere un elettrodo di ferro e colleghiamo i\ndue elettrodi ad un generatore di alte tensioni (almeno 25 kV a corrente\ncontinua). Si osserva un passaggio di acqua da un bicchiere all’altro. I\nbicchieri possono ora essere allontanati con cautela, e si osserver\u00e0 un\n“ponte di acqua” che collega i due bicchieri e che pu\u00f2 essere allungato\nfino a diversi cm.<\/p>\n\n\n\n
Figura 31 – Ponte di acqua <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
<\/strong><\/p>\n\n\n\nApprofondimenti<\/a><\/h1>\n\n\n\n
Modulazione di ampiezza (AM)<\/a>[6]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\n
Modulare in ampiezza vuol dire far variare l’ampiezza di una\nportante a radiofrequenza secondo l’ampiezza di una modulante a bassa\nfrequenza.<\/p>\n\n\n\n
L’operazione di modulazione di ampiezza si effettua partendo da un\nsegnale elettrico prodotto da un oscillatore a radiofrequenza, cio\u00e8 alle\nfrequenze usualmente usate nelle trasmissioni radio che vanno dal megahertz in\nsu, e che costituisce la portante.<\/p>\n\n\n\n
Di questo ci si serve per portare, appunto, a distanza\nl’informazione racchiusa nel segnale a bassa frequenza detto modulante.<\/p>\n\n\n\n
Il segnale portante \u00e8 costituito da una sinusoide, mentre la\nmodulante \u00e8 un segnale analogico, che pu\u00f2 essere schematizzato, per semplicit\u00e0\ndi calcolo, in un’altra sinusoide, per effetto del teorema di Fourier per cui\nun qualsiasi segnale periodico od aperiodico, pu\u00f2 sempre considerarsi come la\nsomma di infinite sinusoidi.<\/p>\n\n\n\n
Nello schema seguente sono indicati i tre segnali: modulante, a\nbassa frequenza, portante, ad alta frequenza, modulato, con la frequenza della\nportante, ma l’ampiezza che varia secondo la modulante.<\/p>\n\n\n\n
Figura 32 – Modulazione AM <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\nModulazione di frequenza (FM)<\/a>[7]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\n
In telecomunicazioni la modulazione di frequenza, sigla FM\n(dall’analogo termine inglese frequency modulation), \u00e8 una delle tecniche di\ntrasmissione utilizzate per trasmettere informazioni utilizzando la variazione\ndi frequenza dell’onda portante. Appartiene alle modulazioni ad onda continua,\novvero quelle che modulano una portante sinusoidale, e tra queste in\nparticolare appartiene a quelle che effettuano modulazione angolare (non\nlineare) dato che insiste sulla fase della portante. Nella FM vi \u00e8 un legame\nlineare tra deviazione di frequenza e messaggio.<\/p>\n\n\n\n
Figura 33 – Modulazione FM <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n <\/p>\n\n\n\n
La FM consiste nel modulare la frequenza del segnale radio che si\nintende utilizzare per la trasmissione (detto portante) in maniera\nproporzionale all’ampiezza del segnale che si intende trasmettere (modulante).<\/p>\n\n\n\n
Rispetto alla modulazione di ampiezza, ha il vantaggio di essere\nmolto meno sensibile ai disturbi e di permettere una trasmissione di miglior\nqualit\u00e0. Ha inoltre un’efficienza energetica molto maggiore dato che la potenza\ndel segnale modulato FM \u00e8 esclusivamente quella della portante, il segnale di\ninformazione cio\u00e8 non richiede potenza aggiuntiva per essere trasmesso.<\/p>\n\n\n\n
Il difetto principale \u00e8 la necessit\u00e0 di circuiti molto pi\u00f9 complessi\nsia per la generazione del segnale da trasmettere che per la sua ricezione.\nL’attuale tecnologia ha permesso di superare agevolmente tali problematiche,\ncon il risultato che le trasmissioni in modulazione di frequenza sono sempre\npi\u00f9 usate a discapito di quelle a modulazione di ampiezza, soprattutto in\nambito di broadcasting commerciale.
\n<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\nLe bande di frequenza<\/a>[8]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\n
Fino al 1930 circa, la parte dello spettro delle onde radio sopra i\n30 MHz era praticamente vuota: non esistevano segnali prodotti dall’uomo. <\/p>\n\n\n\n
Ai giorni nostri, lo spettro delle frequenze radio \u00e8 estremamente\nsfruttato e viene per comodit\u00e0 diviso in varie bande di frequenza dai 3 kHz\ndelle frequenze molto basse (VLF) fino ai 300 GHz delle frequenze estremamente\nalte (EHF).<\/p>\n\n\n\n
Le bande di frequenza sono divise in base alle caratteristiche che\nne determinano l’impiego in certi settori piuttosto che in altri. <\/p>\n\n\n\n
Vediamo le bande di frequenza e descriviamo le caratteristiche delle\nvarie bande (ELF, VLF-MF, HF, VHF-UHF, SHF-EHF).<\/p>\n\n\n\n
ELF: Extremely low\nfrequency = frequenze estremamente basse<\/strong><\/p>\n\n\n\n
Frequenze sotto i 3 kHz, corrispondenti a lunghezze d’onda superiori\nai 100 km.<\/p>\n\n\n\n
Queste onde sono usate nei sistemi di comunicazione per i\nsottomarini. L’acqua del mare presenta un assorbimento molto basso per onde tra\ni 5 e i 100 Hz.<\/p>\n\n\n\n
L’effetto di queste onde sulla salute umana \u00e8 sotto esame al\nmomento. Secondo alcuni studi preliminari le onde ELF e campi magnetici\noscillatori che si generano nelle vicinanze delle linee di trasmissione\nelettrica (o anche dalle coperte elettriche) possono avere effetti negativi\nsulla salute. Sono stati riportati casi nella letteratura scientifica medica\nper cui l’esposizione prolungata a campi magnetici di bassa intensit\u00e0 e di\nbassa frequenza pare potrebbe aumentare il rischio di leucemia, linfoma e\ntumori al cervello nei bambini. <\/p>\n\n\n\n
VLF-LF-MF: Very low\nfrequency, Low frequency, Medium frequency = Frequenze molto basse, frequenze\nbasse, frequenze medie <\/strong><\/p>\n\n\n\n
Frequenze dai 3 kHz ai 3 MHz, ovvero lunghezze d’onda da 100 km a\n100 m.<\/p>\n\n\n\n
Queste bande di frequenze sono usate per servizi di tipo analogico a\nstretta larghezza di banda, impiegati nella navigazione radio a lunga distanza,\nnel telegrafo marittimo e i canali di soccorso (per l’SOS) e per le\ntrasmissioni radio AM (Amplitude Modulation).<\/p>\n\n\n\n
Poich\u00e8 la larghezza di banda per queste frequenze \u00e8 insufficiente,\nnon sono adatte per i servizi di telecomunicazioni a banda larga quali la\ntelevisione e le trasmissioni FM (Frequency Modulation). <\/p>\n\n\n\n
Come conseguenza dell’alta conduttivit\u00e0 dell’acqua salata, le\ncomunicazioni radio marittime nella banda VLF possono propagarsi come onde di\nsuperficie per migliaia di chilometri. <\/p>\n\n\n\n
La banda MF (medium frequency) e anche detta MW (medium waves= onde\nmedie)<\/p>\n\n\n\n
HF: High Frequency =\nfrequenze alte<\/strong><\/p>\n\n\n\n
Frequenze dai 3 MHz ai 30 MHz, ovvero lunghezze d’onda da 100 ai 10\nm.<\/p>\n\n\n\n
La banda HF alternativamente chiamata anche SW (short waves= onde\ncorte).<\/p>\n\n\n\n
La maggior parte delle radio onde nella banda HF sono allocate ai\nservizi di telecomunicazione vocale tra punti fissi o mobili che necessitano di\nlarghezze di banda di meno di 12 kHz per la trasmissione.<\/p>\n\n\n\n
Le trasmissioni internazionali (onde corte) avvengono in questa\nbanda che \u00e8 stata suddivisa in sette bande tra 5.9 MHz e 26.1 MHz.<\/p>\n\n\n\n
Queste onde si possono propagare nonostante la curvatura della Terra\ne possono essere ricevute da apparecchi riceventi fuori dalla portata della\nlinea visuale diretta con gli apparecchi trasmittenti grazie alle propriet\u00e0\nriflettenti della ionosfera. <\/p>\n\n\n\n
A causa delle variazioni delle condizioni della ionosfera, le\ntrasmissioni in questa banda variano durante il giorno e durante l’anno. <\/p>\n\n\n\n
Di notte le comunicazioni fra posti lontani sono migliori, in quanto\nil solo strato ionosferico riflettente \u00e8 lo strato pi\u00f9 alto, il cosiddetto\nstrato F situato intorno ai 300 Km di altitudine, col minimo di interferenze e\nassorbimento dei segnali radio.<\/p>\n\n\n\n
Durante i massimi del ciclo undecennale delle macchie solari, la\nradiazione ultravioletta produce una maggiore densit\u00e0 di ioni e quindi degli\nulteriori strati ionizzati irregolari che possono persistere anche per parecchi\ngiorni. Questi fenomeni possono produrre disturbi nelle comunicazioni radio,\ncome anche la possibilit\u00e0 di comunicazioni di solito impossibili.<\/p>\n\n\n\n
VHF-UHF: Very High\nFrequency, Ultra High Frequency = frequenze molto alte, frequenze ultra alte<\/strong><\/p>\n\n\n\n
Frequenze dai 30 MHz ai 3 GHz, ovvero lunghezze d’onda da 10 m ai 10\ncm.<\/p>\n\n\n\n
Le frequenze di questa banda sono ulteriormente suddivise in bande\nil cui uso \u00e8 stato regolamentato e allocato a vari servizi: alle trasmissioni\nradio FM, ai canali della televisione VHF e UHF. <\/p>\n\n\n\n
La maggior parte della banda UHF \u00e8 usata per i collegamenti a\nmicroonde e per la telefonia cellulare. <\/p>\n\n\n\n
Parte della banda \u00e8 anche usata per applicazioni di\nradio-navigazione (strumenti automatici di atterraggio), comunicazioni\nmilitari, e controlli radio per il traffico aereo. <\/p>\n\n\n\n
Le frequenze usate dai telefonini sono fra 824 e 894 MHz per il\nsistema analogico AMPS e fra 1.850 e 1.990 GHz per il sistema digitale GSM.<\/p>\n\n\n\n
La fascia tra i 1,227 e 1,575 GHz \u00e8 utilizzata per il sistema\nglobale di posizionamento (GPS) Navstar.<\/p>\n\n\n\n
Per completezza, anche se esula dal nostro argomento: ai sistemi di\nallarme e ai sistemi di apertura telecomandata di porte e simili sono state\nriservate le frequenze attorno ai 40 MHz.<\/p>\n\n\n\n
I radar del controllo del traffico aereo operano alle frequenze tra\ni 960 MHz e i 1,215 GHz. <\/p>\n\n\n\n
Contrariamente ai segnali HF, le onde radio VHF-UHF attraversano la\nionosfera senza venire riflesse e possono quindi venire usate per le\ntrasmissioni extraspaziali con i satelliti artificiali.<\/p>\n\n\n\n
Ad esempio, le comunicazioni con la stazione spaziale MIR sono fatte\nentro la banda di frequenza fra i 145 MHz e i 437 MHz.<\/p>\n\n\n\n
Infine le onde di questa banda possono anche essere usate per\ntrasmissioni terrestri oltre l’orizzonte utilizzando le irregolarit\u00e0 della\ntroposfera (la parte bassa dell’atmosfera). <\/p>\n\n\n\n
Queste irregolarit\u00e0 riflettono le onde in tutte le direzioni: i\nsegnali UHF si propagano in molte direzioni e quindi si disperdono su una vasta\narea, cosicch\u00e8 solo una frazione del segnale trasmesso viene ricevuto dal\nricevitore. Inoltre, le condizioni meteorologiche variabili fanno s\u00ec che il segnale\nsia parecchio attutito.<\/p>\n\n\n\n
L’assorbimento varia anche con la frequenza del segnale e dipende\nanche dal particolare percorso del segnale radio. Per questo motivo le\ntrasmissioni che dipendono crucialmente dalla diffrazione atmosferica fanno uso\ndi potenti trasmettitori, e di tecniche o combinazioni di tecniche atte a\nmassimizzare la qualit\u00e0 del segnale ricevuto a seconda del posto, del tempo e\ndelle frequenze usate. <\/p>\n\n\n\n
SHF-EHF: Super High\nFrequency, Extremely High Frequency = frequenze super alte, frequenze\nestremamente alte<\/strong><\/p>\n\n\n\n
Frequenze dai 3 GHz ai 300 GHz, ovvero lunghezze d’onda da 10 cm a 1\nmm.<\/p>\n\n\n\n
Le onde di queste bande si propagano con forte degradazione del\nsegnale per attenuazione e per cause atmosferiche (vengono riflesse dalle gocce\ndi pioggia). Inoltre subiscono forti perdite di penetrazione, in particolare\nattorno a pareti ed edifici. <\/p>\n\n\n\n
Per questi motivi, queste bande di frequenze sono le bande meno\nusate per comunicazioni terrestri.<\/p>\n\n\n\n
Il vantaggio delle onde in queste bande \u00e8 che permettono larghezze\ndi banda di vari MHz, necessarie per le comunicazioni digitali ad alta velocit\u00e0\n(fino ad 1 Gigabit al secondo). <\/p>\n\n\n\n
La banda EHF in particolare viene utilizzata per comunicazioni fra\nsatelliti e per la radionavigazione satellitare, applicazioni per le quali l’attenuazione\natmosferica non \u00e8 molto limitante.<\/p>\n\n\n\n
Figura 34 – Le bande di frequenza <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
<\/em><\/strong><\/p>\n\n\n\nInduzione elettrostatica<\/a>[9]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\n
L’induzione elettrostatica<\/strong> consiste\nnell’elettrizzazione dei corpi senza strofinio<\/strong>. Questo fenomeno \u00e8 dato\ndal bipolarismo, ovvero dalla presenza in natura di due cariche che si\ndifferenziano da un segno positivo o negativo<\/strong>, attraverso le quali \u00e8\npossibile creare un’attrazione se i segni sono opposti, oppure un respingimento<\/strong>\nse sono uguali. <\/p>\n\n\n\n
Figura 35 – Induzione elettrostatica in un elettroscopio <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
<\/p>\n\n\n\nInduzione elettromagnetica<\/a>[10]<\/strong><\/a><\/h2>\n\n\n\n
In\nfisica<\/a>, in\nparticolare in elettromagnetismo<\/a>, la legge di Faraday<\/a> sull’elettromagnetismo, anche\nconosciuta come legge dell’induzione\nelettromagnetica, legge di\nFaraday-Neumann<\/a> o legge di Faraday-Henry<\/a>, \u00e8 una legge\nfisica<\/a> che descrive il fenomeno dell’induzione elettromagnetica, che si\nverifica quando il flusso<\/a> del campo\nmagnetico<\/a> attraverso la superficie delimitata da un circuito elettrico<\/a> \u00e8 variabile nel tempo. La\nlegge impone che nel circuito si generi una forza elettromotrice<\/a> indotta pari all’opposto\ndella variazione\ntemporale<\/a> del flusso.<\/p>\n\n\n\n
Talvolta\n\u00e8 detta anche legge di Faraday-Neumann-Lenz<\/a>,\nper il fatto che la legge di Lenz<\/a><\/em> \u00e8 un suo corollario<\/a>.[1]<\/a><\/sup><\/p>\n\n\n\n
Il\nfenomeno dell’Induzione elettromagnetica \u00e8 stato scoperto e codificato in legge\nnel 1831<\/a> dal fisico\ninglese Michael Faraday ed \u00e8 attualmente alla base del funzionamento dei comuni\nmotori elettrici<\/a>, alternatori<\/a>,\ngeneratori elettrici<\/a>, trasformatori<\/a>,\naltoparlanti\nmagnetodinamici<\/a>, testine fonografiche<\/a>, microfoni\ndinamici<\/a>, pick-up per chitarra magnetici<\/a>, etc.<\/p>\n\n\n\n
Assieme\nalla legge di Amp\u00e8re-Maxwell<\/a>, a essa potenzialmente\nsimmetrica, correla i fenomeni elettrici con quelli magnetici nel caso non\nstazionario: entrambe sono il punto di forza del passaggio dalle equazioni di Maxwell<\/a> al campo elettromagnetico<\/a>.<\/p>\n\n\n\n
Figura 36 – Induzione elettromagnetica in un solenoide <\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n
- Se osserviamo con attenzione\nl’accendino piezoelettrico dell’esperimento 4b, vediamo che premendo il tasto\nsi crea una scintilla tra un elemento metallico interno e l’armatura esterna\ndell’accendino. Se colleghiamo un cavetto coccodrillo[3]<\/a>\nall’elemento metallico interno dell’accendino (dove nasce la scintilla),\nosserviamo che diventa possibile rilevare la scintilla con la radio ad una\ndistanza di diversi metri maggiore a quanto si poteva fare senza cavetto.<\/li>